Techniques pneu 1

L’énergie
pneumatique
1. Introduction
L’automatisation, grande utilisatrice de technologie pneumatique pour la partie
puissance essentiellement, provoque une forte évolution en croissance de la
consommation d’énergie pneumatique.
Toutes les industries manufacturières utilisent l’air comprimé très adapté dans les
process discontinus pour l’obtention simple de mouvements sur les machines
électropneumatiques.
La connaissance du mode de production de cette énergie et du
dimensionnement des appareils de fonctionnement présents sur chaque machine est
devenue indispensable.
L’air comprimé est l’une des formes les plus anciennes de l’énergie que
l’homme su domestiquer pour organiser différents travaux et ajouter à ses forces les
avantages issus de sa production.
Il y a plus de deux mille ans, un Grec, Ktésibios, développe un canon pneumatique
pour augmenter la portée du tir.
En 1857, l’air comprimé sert au percement du tunnel de Mont-Cenis ; en 1880,
Westinghouse invente les freins à
air comprimé.
En 1888, près de 200 kilomètres de tuyaux sont installés dans les égouts de Paris
pour créer la poste pneumatique qui permet, jusqu’en 1984, aux bureaux de poste
d’échanger des courriers.
Désormais, toute entreprise industrielle est équipée d’un système central de
production d’air comprimé et d’un réseau de distribution, afin de disposer dans tous ses
ateliers de l’énergie pneumatique tout comme de l’électricité.
L’automatisation est, bien sûr, une activité industrielle grande consommatrice
d’énergie pneumatique pour la partie puissance et quelquefois la partie commande.
Cette énergie est obtenue par compression de l’air ambiant à pression
atmosphérique.
Néanmoins, l’air puisé ainsi à l’atmosphère contient deux constituants nuisibles : les
poussières et la vapeur d’eau.
On verra un peu plus tard les moyens à mettre en oeuvre pour les éliminer
Remarque : si l’on compare la pneumatique à l’hydraulique, deux questions peuvent
venir à l’esprit :
• Pourquoi la pneumatique utilise-t-elle des pressions de 6 à 8 bars et pas 50 à
250 bars comme en hydraulique ?
Le travail de compression de l’air pour obtenir une pression significative
entraîne un dégagement de chaleur qui constitue une perte d’énergie et altère le
rendement de la production de cette énergie.
8 bars est donc un seuil ou le rendement est économiquement acceptable.
• Pourquoi la pneumatique peut être une énergie distribuée alors qu’en
hydraulique elle est produite au pied de la machine ?
Cette différence est due aux pertes de charge du fluide dans les canalisations qui
dépendent de la tuyauterie, du carré de la vitesse et de la masse spécifique du fluide.
Ainsi, tous facteurs égaux par ailleurs, les pertes de charge hydrauliques sont 100
fois supérieures à celles de la pneumatique.
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1
Théorie de
l’air comprimé
1. Propriétés physiques
L’air considéré comme gaz parfait répond aux lois régissant ces gaz : lois de BoyleMariotte, de Gay-Lussac et de Laplace.
Dans l’usage courant qui en est fait industriellement, seule la Loi de Boyle-Mariotte
doit être rappelée.
Composition en Volume
Azote
78.09% N2
Oxygène 20.95% O2
Argon
0.93% Ar
Autres
0.03%
2. Composition de l’air
Cet air, constitué à 78 % d’azote, 21 %
d’oxygène et 1% d’hydrogène, de gaz
carbonique et de gaz rares, est un fluide
élastique qui se comporte comme un gaz parfait.
3. la pression atmosphérique
La pression atmosphérique est causée par le
poids de l’air au dessus de nous. La pression
diminue lorsque on gravit une montagne et
augmente lorsque l’on descend dans une mine
Elle varie sous l’influence des conditions
météorologiques
On voit les valeurs de la pression
atmosphérique sur une carte météorologique
Les lignes appelées les isobares montrent les
découpes des pressions en mbar.
Elles aident à prévoir la force et la direction
du vent.
1015 mb
1012 mb
1008 mb
1000 mb
996 mb
Bas
4. Atmosphère standard
Une atmosphère standard est définie par l’Organisation Internationale de
l’Aviation Civile.
La pression et la température au niveau de la mer est de 1013.23 mbar à 15 °C
(288K)
1013.25 m bar
5. Atmosphère ISO
Recommandation ISO R 554
Atmosphère standard pour évaluer des composants ou les équipements
• 200C, 65% d’humidité, 860 à 1060 mbar
• 270C, 65% d’humidité, 860 à 1060 mbar
• 230C, 50% d’humidité, 860 à 1060 mbar
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Tolérances ± 2OC ± 5% d’humidité
Tolérances réduites ± 1OC ± 2%RH
La norme fait référence à l’atmosphère à laquelle les essais effectués à d’autres
atmosphères peuvent être corrigés
• 20OC, 65% d’humidité, 1013 mbar
6. Baromètre de mercure
La pression atmosphérique peut être mesurée comme
une colonne de fluide dans un tube vide
760 mm Hg = 1013.9 mbar approximativement
Pour un baromètre à eau la hauteur serait de 10 m.
(Hg = 13.6 X densité de H2O)
Le vide se mesure en Torr
1 mm Hg = 1 Torr
760 Torr = pression atmo.
0 Torr = vide total
760 mm Hg
7. Le vide
L’utilité du vide est évidente dans les machines
industrielles.
La préhension de pièces et le moulage sous vide en sont des exemples
Ventouses
Mise en forme de thermoplastiques
8. La pression
La pression constitue la première grandeur fondamentale de la pneumatique.
La mesure de la pression des fluides se fait souvent en relatif, c’est-à-dire en
donnant la différence entre la pression du fluide et la pression atmosphérique.
Elle est appelée pression relative ou manométrique ; si l’on admet que la
pression atmosphérique de référence est de 1 bar en absolu, alors on a la relation
suivante :
P absolue = P relative + P atmosphérique
P absolue = P relative + 1 avec P en bars.
Unités
1pascal = 1N/cm2
1 bar = 100000 N/m2 (Newtons par mètre carré
1 bar = 10 N/cm2
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Pour des petites pressions on utilise le
millibar mbar
1000 mbar = 1 bar
Le système anglo-saxon utilise la livre par
pouce carré
1 psi = 68.95mbar
14.5 psi = 1bar
Il y a beaucoup d'unités de mesure de pression.
Certaines d'entre elles et leurs équivalents sont inscrits ci-dessous.
1 bar = 100000 N/m2
1 bar = 100 kPa
1 bar = 14.50 psi
1 bar = 10197 kgf/m2
1 mm Hg = 1.334 mbar approx.
1 mm H2O = 0.0979 mbar approx.
1 Torr = 1mmHg abs (pour le vide)
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16
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
Pression relative ou manométrique pm
9. Air comprimé pour l’industrie
Les pressions sont définies en pression relative
(ou manométrique)
Le zéro sur cette échelle correspond à la
pression atmosphérique
La pression relative = pa + patm
Pour des calculs rapides on suppose
1 atmosphère = 1000 mbar
Pour des calculs précis
1 atmosphere = 1013 mbar
Pression absolue pa
Le tableau suivant donne les conversions pour toutes les autres unités usitées.
Cela signifie que lorsque nous lisons 6 bars sur un manomètre, il faut comprendre
que c’est une valeur de pression relative.
En pression absolue, sa valeur est 6 + 1 = 7 bars
16
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
Essais
d’étanchéïté
Vérins
Moteurs
Commande
Fluidique
Atmosphere
Vide total
4
10. Pression et force
L'air comprimé génère une force de valeur constante
sur chaque surface de contact interne d’un
l'équipement
Le liquide dans un récipient sera pressurisé et
transmettra cette force
Pour chaque bar de pression manométrique, 10
Newtons sont générés uniformément sur chaque
centimètre carré.
D cm
La poussée développée par un piston sous l’action de la
pression est la surface utile multipliée par la pression
P bar
D2 p
π
=
Poussée
daN
4
où
D = le diamètre du cylindre en cm
p = la pression en bar.
La force agissant latéralement sur un
cylindre est la surface projetée multipliée par la
pression
Cette force permet de dimensionner
l’épaisseur du cylindre
Force = D . l . p
l
daN
Où
D = diamètre du cylindre en cm
l = longueur de la chambre sous
pression
p = pression en bar
D
Si les deux entrées d'un cylindre sont connectées à la même source de pression, la
tige sortira en raison de la différence de surface de l'un ou de l'autre côté du piston
Si un par un vérin à double tige on applique la pression de cette façon il sera en
l'équilibre et ne se déplacera dans aucune direction
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P1
P2
P2
Dans un tiroir de distributeur équilibré la
pression agissant à n'importe quel orifice ne
causera pas le déplacement de ce dernier parce
que les surfaces à gauche et à droite sont égales
et produisent des forces égales et opposées
P1 et P2 sont des pressions d’alimentation
et d'échappement
P1
11. Le volume
Les gaz étant compressibles, donner le volume d’une quantité d’air n’a aucun sens
si l’on ne précise pas la pression et la température de ce volume.
Afin d’unifier cette valeur, on définit des conditions normales, à savoir une
température de + 20°C et une pression atmosphérique.
Le volume se note alors Nm3 ou Nl et se lit « normal mètre cube » ou « normal
litre».
On peut aussi trouver l’indication ANR qui signifie : « aux conditions de
l’atmosphère normale de référence ».
Exemple : V (ANR) = 5 m3 (ANR).
12. Le débit volumique
La définition adoptée pour le volume normal s’étend aux débits.
Le débit est un volume d’air traversant une section par unité de temps.
On notera usuellement Nm3/h ou bien alors Nl/min.
Exemple : Qv = 1300 Nl/min (1300 normaux litres par minute).
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13. Unités de débit
Le flux est mesuré comme un volume d'air libre par unité de temps
Les unités plus utilisées sont :
• Litres ou décimètres cubes par seconde L/s ou dm3/s
• Mètres cubes par minutes : m3/min
• Pied cubique par min. (anglo-saxon) scfm
1 m3/mn = 35.31 scfm
1 dm3/s = 0.06 m3/mn
Volume actuel de l’air à
pression atmosphérique
14. Débit d’air
L'espace entre les traits représente le
volume réel dans un cylindre occupé par 1 litre
d'air ambiant aux pressions absolues
respectives.
Le débit a lieu comme le résultat d'un
différentiel de pression. A 1bar absolu (0
manométrique) il n’y a pas de débit
Si la vitesse reste la même à chaque cas,
le volume qui s’écoulera sera proportionnel à
la pression.
0
1 litre
1bar abs
1/
2
2bar abs
1/
4
4bar abs
1/
8
8bar abs
1/
16
16bar abs
15. Débit sonique
La vitesse limite à laquelle l'air peut couler est la vitesse du son
Pour le débit sonique puisse exister, P1 doit être approximativement 2 fois P2 ou
plus. Quand l'air sort d'un réservoir à haute pression, à l'atmosphère, le débit sera
constant de P1 à 2 P2
Quand on charge un réservoir le débit sera constant avant que P2 ne soient à 1/2
P1
P1 bar
absolu
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0
P1: pression du
réservoir à 9 bar
2P2
atm
5
10 15
temps
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20
P2
P1 bar
absolu 9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0
1/
2P1
P1 pression de
la source: 9 bar
vers le réservoir
atm
5
10
15
20
7
Lois sur les
gaz
Lois sur les gaz
Pour n'importe quelle masse donnée d'air , les variables sont la pression, le volume
et la température.
En immobilisant une des trois variables à une valeur constante, nous regarderons le
rapport l’influence sur les deux autres variables pour chaque cas.
• Température constante
• Pression constante
• Volume constant
1.1. Température constante
Loi de Mariotte : le produit de la pression absolue par le volume d'une masse
donnée de gaz, reste constant si la température du gaz reste constante.
Ce processus est appelé isotherme (à température constante). Il doit être assez
lent pour que la chaleur puisse sortir.
P1.V1 = P2.V2 = constant
Pressure P
bar absolute
Pressure P
bar absolute
16
16
14
14
12
12
10
10
8
8
6
6
4
4
2
2
0
0
2
4
6
8
10 12 14 16
Volume V
Pressure P
bar absolute
0
4
6
8
10 12 14 16
Volume V
Pressure P
bar absolute
16
16
14
14
12
12
10
10
8
8
6
6
4
4
2
2
0
2
0
0
2
4
6
8
10 12 14 16
Volume V
0
0
2
4
6
8
10 12 14 16
Volume V
1.2. Pression constante
Loi de Gay Lussac : pour une masse donnée de gaz à la pression constante, le
volume est proportionnel à la température absolue.
En cas de changement de T°, le volume varie pour garder la pression constante
(pas de frottements)
Pour une variation de 20°C à 73.25°C il se produira un changement de 25 % de
volume.
0o Celsius = 273K
V1
V
= 2 =c
T1( K ) T2 ( K )
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8
Temperature
Celsius
Temperature
Celsius
100
366.25K
100
80
80
60
60
40
40
20
293K
20
0
0
-20
-20
-40
-40
-60
0
1
0.25 0.5 0.75
1.25 1.5 1.75
-60
2
Volume
0
0.25 0.5 0.75
1.25 1.5 1.75
100
100
80
80
60
60
40
40
20
20
0
0
-20
-20
Volume
366.25K
293K
-40
-40
219.75K
0
2
Temperature
Celsius
Temperature
Celsius
-60
1
0.25 0.5 0.75
1
1.25 1.5 1.75
-60
2
Volume
219.75K
0
0.25 0.5 0.75
1
1.25 1.5 1.75
2
Volume
1.3. Volume constant
De la loi de Boyle-Mariotte nous pouvons aussi voir que si le volume d'une masse
donnée d'air devait être tenu à une valeur constante, la pression sera proportionnelle à
la température absolue K.
Pour un volume à 20°C et 10 bar de pression absolue, un changement de la
température de 60°C produira un changement de la pression de 2.05 bar
0oC = 273K
P1
P
= 2
T1( K ) T2 ( K )
Temperature
Celsius
Temperature
Celsius
100
100
80
80
60
60
40
40
20
20
8
6
0
-20
12
2
14
-60
bar absolu
0
5
10
15
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20
bar
10
6
4
0
-40
8
10
0
4
-20
12
14
2
16
0
-40
-60
bar
16
bar absolu
0
5
10
15
20
9
Temperature
Celsius
100
100
80
80
60
60
40
40
20
20
8
6
0
-20
-60
6
12
2
14
0
-40
8
10
4
bar
0
-20
0
5
10
15
12
14
2
16
0
-40
bar absolu
-60
20
10
4
bar
16
bar absolu
0
10
5
15
2. loi générale sur les gaz
La loi générale sur les gaz est une combinaison de la loi de Boyle et la loi de
Mariotte où la pression, le volume et la température peuvent tous varier pour une
masse donnée de gaz, mais leur rapport aboutissent à une valeur constante.
P1 .V1
P2 .V2
=
= constant
T1
T2
3. Compression adiabatique
Dans la théorie, quand un volume d'air est comprimé subitement, le processus est
adiabatique (aucun temps pour dissiper la chaleur par les parois du cylindre)
Pour une compression et détente
adiabatique:
PVn = c
air n = 1.4
Dans
le
cylindre
d'un
compresseur d’air le processus est
rapide, mais un peu de chaleur sera
perdue par les parois du
compresseur, donc la valeur de n
sera approximativement de 1,3 pour
un compresseur à vitesse élevée.
PV 1. 4 = c
16
adiabatique
14
12
PV 1. 2 = c
10
polytropique
bar a
8
PV = c
6
isotherme
4
2
0
0
2
4
6
8
10 12 14 16 Volume
4. Compression polytropique
• En pratique comme dans un choc absorbant l’énergie, il y aura une petite perte
de chaleur pendant la compression
• La caractéristique de compression sera quelque part entre adiabatique et
isotherme.
• La valeur de n sera inférieure à 1.4 et dépend du taux de compression.
Typiquement PV 1.2 = c peut être employé, mais est applicable seulement
pendant le processus.
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
10
Production de
l’air comprimé
1. Production de l’air comprimé
La production d’air comprimé est relativement aisée et nécessite principalement
• un compresseur,
• un filtre d’aspiration,
• un refroidisseur,
• un sécheur,
• un accumulateur,
• des purges
• et une armoire de contrôle pour réguler la production.
La figure 2 donne la constitution classique d’une centrale d’air comprimé.
M
Symbolisation simplifiée d’une installation pneumatique
Valve de sécurité
Conduite de distribution
Manomètre
Compresseur et refroidisseur intégré
10bar
Vanne d’isolation
Reservoir
Vanne de drain
Drain de condensation
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11
Symbolisation détaillée d’une installation
Séparateur d’eau et
Refroidisseur
d’huile
Compresseur
M
Commande moteur
Soupape de sûreté
Déshydrateur
Dessiccateur
Filtre
Purge
Purge
2. le compresseur
2.1. Rôle
Augmenter la pression de l’air.
2.2. Technologie
Deux principes sont utilisés industriellement.
Compresseurs volumétriques
Une quantité d’air à pression P1 est enfermée dans une enceinte à volume variable,
on diminue le volume de l’enceinte: la pression augmente jusqu’à P2, cet air est alors
dirigé vers le point d’utilisation.
Turbocompresseurs
Une vitesse élevée est communiquée à l’air basse pression. L’air acquiert une
énergie cinétique, il est alors canalisé vers le point d’utilisation, son énergie cinétique se
transformant en augmentation de pression.
3. Choix d’un compresseur
Aspects techniques
Le compresseur doit pourvoir fournir une pression supérieure à la pression maxi
d’utilisation.
Son débit doit être supérieur à la somme des consommations des appareils
susceptibles de fonctionner simultanément.
Il est souhaitable de prévoir les appareils qui seront installés ultérieurement.
Afin d’éviter une usure prématurée du compresseur, il faut lui ménager des temps
d’arrêt permettant le refroidissement des pièces et de l’huile.
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
12
Aspects économiques
Le prix du compresseur est lié à sa pression et à on débit, il est donc souhaitable de
choisir un compresseur juste suffisant pour l’installation considérée.
Ceci est en contradiction avec l’aspect technique
et le choix sera compromis.
À titre documentaire, on peut proposer :
– pression compresseur = 1,2 × pression maxi d’utilisation
– débit compresseur = k×Σ consommations simultanées avec k = 1,5 si l’installation est
bien connue ou si son évolution est bien prévisible. K = 2 à 3 si l’évolution est mal
connue.
4. Filtre d’aspiration du compresseur
Rôle
Arrêter les poussières en suspension dans l’air aspiré par le compresseur.
Technologie
Les filtres d’aspiration sont fréquemment incorporés au compresseur, il sont
constitués de couches de toile, feutre, matières synthétiques… ou par des systèmes de
chicanes en tôle huilée.
Choix d’un filtre
Ce choix est généralement fait par le constructeur du compresseur.
Le filtre ne doit pas provoquer de résistance importante à l’aspiration.
5. Le refroidisseur
Rôle
L’élévation de pression de l’air dans le compresseur s’accompagne d’une élévation
assez importante de température.
Cet air chaud peut être préjudiciable à la bonne tenue de certaines pièces (joints).
Si l’air se refroidit dans la ligne de distribution, il se produira des condensations de la
vapeur d’eau qu’il contient et des baisses de pression (lois de Gay-Lussac). Il est donc
nécessaire de refroidir l’air en sortie du compresseur.
Technologie
L’air sortant du compresseur traverse des tubes à ailettes facilitant l’échange de
température, si nécessaire une ventilation forcée augmente les échanges de chaleur.
Choix d’un refroidisseur
Le constructeur du compresseur fournit ou préconise le refroidisseur convenant
bien au compresseur choisi
6. Le réservoir
Rôle
Le compresseur a souvent un débit pulsé, la pression d’air est donc variable.
Un réservoir permet d’atténuer ces variations de pression jusqu’à les rendre
négligeables. Le réservoir permet également de ménager des temps d’arrêt dans le
fonctionnement du compresseur.
Technologie
Les réservoirs sont réalisés en tôle d’acier soudée. Ils sont cylindriques à fonds
bombés. Ils doivent résister à deux fois la pression maxi de service.
Choix du réservoir
Le constructeur du compresseur préconise un réservoir adapté.
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13
7. Purge de réservoir
Rôle
L’air introduit dans le réservoir est de l’air atmosphérique dont on a augmenté la
pression. Cet air contient donc de la vapeur d’eau.
Une enceinte de volume déterminé ne peut contenir qu’une masse limitée d’eau sous
forme de vapeur, si on ajoute de l’eau ou de la vapeur, il y a immédiatement
condensation.
La masse maxi de vapeur que peut contenir une enceinte varie en fonction de la
température
Technologie
On utilise parfois des purges manuelles, c’est-à-dire un simple robinet placé au fond
du réservoir (point le plus bas).
Le plus souvent, on utilise des purgeurs automatiques.
Dès que le niveau de l’eau de condensation est assez élevé, le flotteur se soulève
et permet l’évacuation.
Choix d’une purge
Elle ne représente aucune difficulté, doit être adaptée à la capacité du réservoir et
surtout être placée au point le plus bas.
Techniques de fonctionnement : soupape de vidange
• Soupape de vidange automatique installée sur un point
bas
• L'eau est automatiquement vidangée lorsque la pression
est présente.
• Équipée d'une vanne d'isolement pour l'entretien
• Incorpore un filtre à mailles pour maintenir les grandes
particules
• Construit avec clapet de purge pour dépressuriser l'unité
avant l'entretien
Soupape de vidange automatique
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
Quand le niveau d’eau est
atteint la soupape s’ouvre et
libère l’eau
Quand aucune pression, n’est
présente la soupape ne
s’ouvre pas
Maille en nylon de 500 µm
pour empêcher de grandes
particules pleines d’obstruer le
canal de sortie
Zone de rétention des grosses
particules
14
•
•
•
Flotteur
Siège d'entrée d'air
Siège d'échappement d'air
Piston de soupape de vidange
La tige de soupape d'échappement
peut être poussée de dessous pour
soulever le flotteur
Raccordement pour évacuer le liquide
La pression d'abord
appliquée à la cuvette
soulève entièrement le
piston et ainsi le drain
est fermé
Le piston est en
équilibre sous l’action
de la pression
•
Le niveau d'eau
monte mais pas
assez pour soulever
le flotteur
L’eau
s’évacue
jusqu’au moment où
le flotteur redescend
et bouche l’orifice de
sortie.
•
Le piston en position
haute
fermant
entièrement la soupape
Le cycle est répété toutes
les fois qu'il y a la
suffisamment d'eau pour
soulever le flotteur
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
•
•
L’eau monte suffisamment
pour soulever le flotteur et
permettre à l’air comprimé
d’agir sur le piston et libérer
le passage de sortie du
liquide
•
Quand la pression de
système est absente le
ressort abaissera le
piston pour ouvrir la
soupape et le système
se
vidangera
graduellement.
15
8. Asservissement d’un compresseur
Ces compresseurs sont entraînés par des moteurs électriques.
Une prise de pression existe sur le réservoir, un manostat ouvre le circuit électrique
d’alimentation du moteur dès que la pression dans le réservoir atteint une valeur
maximale réglée à l’avance.
Le manostat rétablit l’alimentation du moteur quand la pression dans le réservoir
atteint un seuil inférieur.
9. Distribution de l’énergie pneumatique
L’air comprimé produit par la centrale doit être amené à pied d’oeuvre au moyen
d’un réseau de distribution judicieusement établi.
Rappelons, à ce sujet, quelques principes généraux à prendre en compte lors de
l’étude d’une installation :
•
concevoir un réseau évolutif capable d’extensions ou de branchements
nouveaux et, de ce fait, prévoir pour le réseau principal une canalisation
largement dimensionnée ;
• adopter la conduite principale en boucle fermée, qui permet d’obtenir une
égalité des pressions à l’utilisation ;
• réaliser des circuits fermés par types d’atelier ou par niveaux de pression ;
• éviter d’enterrer les canalisations (difficultés de surveillance et d’entretien) ;
• rechercher le nombre minimal de restrictions brusques (raccords, tés,
coudes…), qui sont autant d’obstacles et de freins au débit du fluide. Elles
génèrent des pertes de charges affaiblissant la pression d’utilisation ;
• éviter la condensation de l’humidité de l’air dans le réseau en assurant une
légère pente aux canalisations (notamment le collecteur principal), en plaçant à
chaque point bas un réservoir équipé d’un purgeur et en prévoyant tous les
piquages de prises d’air sur la génératrice supérieure des canalisations ;
• utiliser une robinetterie et des outillages parfaitement étanches afin de réduire
au minimum les risques de fuite et les pertes de puissance.
Exemple de réseau
Sur chaque machine, cette fluctuation de la pression du réseau peut être
accentuée par les variations de la demande en air des machines voisines.
Pour obtenir une constance de travail des machines, il est donc important de
réguler cette pression et de l’ajuster à la valeur optimale pour chaque machine.
Enfin, il est recommandé de lubrifier l’air à l’entrée des machines : cela s’avère
indispensable pour certains actionneurs tels les moteurs rotatifs pneumatiques.
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
16
La lubrification est toutefois moins nécessaire pour les vérins : ces derniers
évoluent vers un fonctionnement n’exigeant plus d’apport d’huile.
Installation des éléments d’un réseau
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
17
Les
compresseurs
1. Principe de fonctionnement
Compression statique
A chaque tour de l'arbre d'entraînement, on véhicule et on comprime le volume
unitaire q0 (l/tour)
Le volume unitaire (ou cylindrée) représente une constante pour chaque modèle de
compresseur. On en déduit le débit volumique aspiré théorique.
Q0 =
N .q0
( m3 / mn)
1OOO
Le débit volumique effectif aspiré se déduit du débit volumétrique aspiré théorique
diminué du débit de gaz Qv revenant par les jeux.
Q1= Q0 – Qv (m3/min)
La puissance nécessaire pour la compression du débit volumique d'aspiration Q1
atteint théoriquement:
Q .∆p
Pth = 0
600
Cette puissance s'accroît du frottement mécanique des paliers, des pignons de
synchronisation et des garnitures d'étanchéité ainsi que des pertes dynamiques dans
les tubulures et la chambre de compression. La puissance absorbée par le
compresseur à l'accouplement est:
Pa = Pth + Ppertes (kW)
2. Les compresseurs à pistons
Compresseur à un ou deux pistons (un seul étage jusqu’à 4 bar, deux étages
jusqu’à 15 bar et 3 étages au-dessus.
Ces compresseurs peuvent être refroidis par air ou par eau.
Ils ont l’inconvénient d’avoir des temps morts et, de ce fait, des réseaux
instables, d’où la nécessité d’un réservoir.
De plus la lubrification du compresseur entraîne des traces d’huile dégradées
dans le circuit, détériorant les joints sur les appareils.
2.1. Piston simple effet
Le piston aspire et refoule l’air sur une seule de ses faces
Compresseur à deux étages et
refroidissement intermédiaire
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
18
Plan d’un compresseur
2.2. Compresseur à membrane
Ce compresseur à l’avantage de
séparer l’huile moteur de la production de
l’air comprimé. Il est surtout utilisé dans les
industries alimentaires, pharmaceutiques et
chimiques
3. Compresseur à palette ou rotatif
multicellulaire
Les machines à palettes appartiennent aux systèmes statiques dans lesquels
l'augmentation de pression est obtenue par la réduction volumétrique d'un volume d'air
clos.
Dans tous les domaines d'application, ce
principe offre de vastes possibilités, que ce
soit en vide, en pression ou par leur
combinaison.
Selon la taille et la construction, les
machines atteignent des vides jusqu'à 0,1
mbar (abs.) et des débits de 3 à 1535 m3/h.
En surpression, elles atteignent +2,0 bar et 3
à 610 m3/h. En combinaison pression vide,
elles peuvent produire simultanément +0,7 et
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
19
-0,6 bar.
C’est un compresseur à palettes. Son débit est presque constant. Peu d’entretien
sur ce compresseur. Fonctionnement avec de l’air lubrifié
4. Compresseur à vis ou hélicoïdal bicellulaire
Les compresseurs à vis (screw compressor) sont du type volumétriques.
Domaine d'application:
• de 300 à 60000m3/h
• de 0,1 bar en pompe à vide à 40bars
en plusieurs étages
• jusqu'à 7000cv de puissance
5. Principe
Deux vis de pas inverse, montées côte à côte, tournent en sens
inverse. La vitesse périphérique des vis va de 40 à 120m/sec.
Elles enferment entre leurs filets, un volume gazeux qui est véhiculé
d'une extrémité à l'autre de la vis.
Dans certaines constructions, le pas de la vis n'est pas constant et le
volume emprisonné est progressivement comprimé.
La position des lumières de sortie détermine le ratio volumique de
construction de la machine
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
20
Architecture d’un compresseur à vis
Profil des vis
Réglage du débit
Par variation de vitesse
La vitesse peut être réduite jusqu'à 50% de sa valeur maximum. La puissance
absorbée sera réduite dans la même proportion.
Par recyclage a l'aspiration
Le gaz recyclé doit être refroidi avant de rejoindre l'aspiration.
Par étranglement de l'aspiration
Le débit massique de gaz et la puissance consommée sont réduits avec la
diminution de la pression à l'aspiration
Avantages
moins sensibles que les compresseurs centrifuges à la variation de masse
molaire du gaz.
- peu sensibles à l'encrassement et acceptent des entraînements de liquides ou
poussières.
- plus efficaces que les compresseurs à anneau liquide.
- plus petits et moins coûteux que les compresseurs alternatifs.
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
21
Inconvénients
- la température au refoulement est limitée
- les performances se dégradent rapidement en cas de corrosion ou usure des
vis ou du stator.
- ils génèrent un bruit important et des vibrations.
- le choix des matériaux de construction est limité.
- le contrôle du débit est plus difficile qu'avec un compresseur centrifuge.
6. Compresseurs à lobes
Fonctionnement
Les pompes à pistons rotatifs
appartiennent aux systèmes statiques
malgré que la compression ne résulte pas
de la réduction volumétrique des cellules
déplacées.
En raison du fonctionnement sans
contact aucune pollution de l'air ou des
Piston rotatif 2 lobes
gaz aspirés n'intervient.
Les turbines à pistons rotatifs deux ou trois lobes peuvent fonctionner en
dépression jusqu'à 0,5 bar (abs.) et en surpression jusqu'à 2 bar (abs.), avec des débits
de 20 à 8580 m3/h.
Le vide final se situe à 0,01 mbar (abs.). Les débits vont de 500 à 4000 m3/h.
Ce compresseur est utilisé pour les atmosphères chargées de poussières.
Applications
- Installations de transport pneumatique pour produits en vrac par dépression ou par
surpression
- Installations d'aération sous pression de bassins de décantation d'eaux
résiduaires.
- Surpresseurs de nettoyage de filtres dans les usines de traitement des eaux
- Groupes de pompage pour vide élevé
- Transport de gaz
- Recyclage de gaz sous haute pression
Type 3 lobes
Type 2 lobes
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
22
Conception des compresseurs à vis
Vue en coupe
Compresseur très grosse capacité
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
23
7. Le turbo compresseur ou compresseur centrifuge
7.1. Le principe (simplifié):
Pour élever la pression du gaz de sortie d'un turbo-compresseur, on doit élever la
vitesse de ce gaz et la faire chuter brutalement.
Le turbo-compresseur doit donc avoir une vitesse de rotation élevée, des
multiplicateurs de vitesse (interne ou externe) sont donc employés à cette tache (7000
à 14000 tours environ).
Pour faire chuter la vitesse différent artifices sont utilisés, l'augmentation rapide du
volume dans des diffuseurs (escargot ou ailettes etc.).
Les turbines centrifuges à 1 ou 2 étages permettent d'atteindre des pressions
différentielles jusqu'à +125 et -115 mbar. Les débits sont compris entre 130 et 3400
m3/h.
Ces machines fonctionnent sans contact, ne connaissent pratiquement pas d'usure
et nécessitent peu d'entretien.
Les avantages de ce système:
• Gamme de puissance élevée due à des débits véhiculés importants
• Un système de réduction de puissance très souple
• L'écoulement continu du fluide
• Un faible entraînement d'huile
Les inconvénients de ce système:
• Risque de décrochage de la pression (pompage)
• Tolérances mécaniques très précises
• Variations de régimes limités
• Multiplicateur de vitesse nécessaire (interne ou externe)
7.2. Compresseur axial
C’est un ventilateur amélioré. Son débit est
constant. Convient pour les grands débits et
pour les faibles pressions. Très grande vitesse
de rotation, 50 000 à 100 000 tr/min.
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
24
Le gaz est aspiré à Po et passe au travers du
système de réduction de puissance qui régule
son débit.
Ce gaz est accéléré (vitesse très élevées) et
cette vitesse chute brutalement dans le système
de réduction de vitesse (escargot ou autre).
La chute brutale de vitesse engendre
l'élévation de sa pression jusqu'a Pk
7.3. Compresseur radial
C’est un compresseur axial à
plusieurs chambres. Il convient
pour les grands débits et les
moyennes pressions. Très grande
vitesse de rotation.
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
25
7.4. Compresseurs à turbine latérale
C'est aussi un système dynamique dans lequel l'énergie née de la vitesse est
transformée en pression.
Les turbines latérales se sont révélées très avantageuses dans de nombreuses
applications pour la production du vide ou de la pression.
Selon la taille et la construction, on obtient des pressions différentielles atteignant 800 et +1000 mbar avec des débits compris entre 16 et 1850 m3/h.
Etant donné leur fonctionnement sans contact, les turbines latérales ne
connaissent pratiquement pas d'usure et nécessitent peu d'entretien.
Fonctionnement
La roue est munie d'aubes régulièrement
réparties sur le diamètre extérieur sur une ou
deux faces, les aubes peuvent être droites ou
profilées.
Avec la rotation de la roue, les aubes se
déplacent face à un canal annulaire et
entraînent un mouvement hélicoïdal du fluide.
Ce mouvement en spirale force le fluide
à passer de nombreuses fois dans les aubes.
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
26
Type d’aubes
Aubes profilées
Aubes droites
7.5. Compresseurs à becs
Les compresseurs à becs font
partie de la famille des systèmes de
compression statique. Cependant, à
l'inverse des turbines à pistons rotatifs,
la compression s'effectue par une
réduction « interne » dans la chambre.
Quel que soit l'application; vide,
pression ou les deux combinés, ce
principe de construction statique est
d'une utilisation optimale et variée.
En fonction de la taille, les taux
de vide vont jusqu'à 100 mbar (abs.),
avec des débits de 60 à 600 m3/h, et
des surpressions jusqu'à +2,2 bar
avec des débits de 100 à 600 m3/h.
En utilisation combinée vide et
pression,
on
peut
atteindre
simultanément une dépression de -0,6
bar et une surpression de +1,0 bar.
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
27
L’eau dans
l’air comprimé
1. Généralités
Les inconvénients de la présence d'eau dans l'air sont divers:
• incompatibilité de l'eau avec certaines substances
• elle peut en se condensant casser le film de lubrification
• elle peut agglomérer des poussières et créer des bouchages
• engendrer de la corrosion
• geler et former des bouchons de glace
Quand des grandes quantités d'air sont
comprimées, des quantités considérables
d'eau sont récupérées
La vapeur d'humidité naturelle contenue
dans l'atmosphère peut être considérée comme
l'essorage d'une éponge humide.
L'air sera toujours entièrement saturé (100
% RH) dans le récepteur.
Air
complétement
saturé
Condensat
Purge
2. Humidité de l’air
La quantité (somme) de vapeur d'eau contenue dans un échantillon de l'atmosphère
est mesurée comme l'humidité relative %HR. Ce pourcentage est la proportion de la
quantité (somme) maximale qui peut être contenue à la température ambiante. C’est le
point de rosée.
T° C°
25% HR
50% HR
100% HR
40
à 20 Co
100% HR = 17.4 g/m3
50% HR = 8.7 g/m3
25% HR = 4.35 g/m3
20
0
-20
-40
0
10
20
30
40
50
60
G d’eau / m3 d’air g/m3
70
80
Le point de rosée de l'air caractérise son degré de séchage. C'est la température à
laquelle il faut descendre pour provoquer le début de condensation de l'eau contenue.
Plus cette température est basse, plus l'air est sec. On distingue le point de rosée
sous pression et le point de rosée en air libre. Le point de rosée sous pression
représente la température réelle à laquelle l'eau commence à condenser à la pression
réelle de l'air. Le point de rosée en air libre représente la quantité absolue d'eau
contenue dans l'air quelle que soit la pression. Equivalence des points de rosée:
pour un point de rosée sous pression de 20°C.
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
28
Pt de rosée
Pression
en air libre
4 bars
-3°C
7 bars
-9°C
13 bars
-16°C
L'air ambiant contient environ:
- 10g d'eau par m3 en été
- 5g d'eau par m3 en hiver
g eau/Nm3
3,4
2,1
1,2
Illustration
L'illustration montre à quatre cubes représentant 1 mètre cube d'air atmosphérique
à 20°C. Chacun de ces volumes est à une humidité relative de 50 % (50%RH). Cela
signifie qu'ils contiennent en réalité 8.7 grammes de vapeur d'eau, la moitié de 17.4
grammes possibles maximaux.
Quand le compresseur comprime ces quatre mètres cubes pour former un mètre
cube il y aura 4 fois 8,7 grammes d’eau. Mais seulement deux d'entre eux peuvent être
tenus sous forme de vapeur dans le nouvel espace de 1 mètre cube. Les deux autres
vont se condenser sous forme de gouttelettes d'eau.
• 4 mètres cubes à 50% HR et 1000 mbar de pression atmosphérique contenue
dans l'espace de 1 mètre cube produisent une pression de 3 bar
• 17.4 grammes d'eau restent sous forme de vapeur produisant 100 % HR
(l'humidité relative) et 17.4 grammes se condensent en eau liquide
C'est un processus continu. Une fois que la pression manométrique est supérieure
à 1 bar, et chaque fois qu’un mètre cube d'air est comprimé et ajouté, de nouveau 8.7
grammes d'eau sont condensés
2. Séchage de l’air
Procédés de séchage
• Séchage par réfrigération ou basse température
Les sécheurs frigorifiques:
. Lorsque le refroidisseur intermédiaire et le refroidisseur final ne suffisent pas à
l’obtention d’un air comprimé absolument sec, celui-ci doit être soumis à un processus
de séchage.
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
29
Ils refroidissent l'air comprimé jusqu'à une température de +2°C à +5°C. L'eau
condensée est purgée. L'air ensuite réchauffé est relativement sec
Grâce à un tel processus, le taux d’humidité peut être réduit dans certains cas
jusqu’à 0,001g/m3. Cette forte réduction est nécessaire que pour des cas tout à fait
spéciaux.
• Séchage par absorption
• Séchage par adsorption
2.1. Séchage basse température
• L'air humide entre dans le premier échangeur thermique où il est rafraîchi
par l’air sec sortant.
• L'air entre dans le deuxième échangeur thermique où il est réfrigéré
• Le condenseur rassemble l’eau et la dirige vers l’extérieur.
• Il est réchauffé par l’air humide rentrant.
Entrée air humide
Sortie air sec
Drain
M
Groupe de refrigération
Pour un point de rosée sous pression de +2°C, la teneur en eau sera
Pt de rosée
en air libre
-18°C
-23°C
-29°C
Pression
4 bars
7 bars
13 bars
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
25% HR
50% HR
100% HR
40
Temperature C°
Si 1 mètre cube d'air
comprimé
entièrement
saturé (100 % HR) est
réfrigéré juste au-dessus
du point de congélation,
approximativement 75 %
du contenu de vapeur
seront condensés. Quand il
est réchauffé de nouveau à
20°C il sera séché à
presque 25 % HR
g eau/Nm3
1,1
0,7
0,4
20
0
-20
-40
0
10
20
30
40
G d’eau / m3 d’air g/m3
50
60
70
80
30
25% HR
50% HR
100% HR
Temperature C°
40
20
0
-20
-40
0
10
20
30
40
G d’eau / m3 d’air g/m3
Temperature Celsius
25% HR
50
60
50% HR
70
80
100% HR
40
20
0
-20
-40
0
10
20
30
40
G d’eau / m3 d’air g/m3
50
60
70
80
Ce type de sécheur convient pour l'alimentation d'outillages en intérieur.
La consommation énergétique du groupe frigorifique est de l'ordre de 4Wh/Nm3
d'air.
La perte de charge au travers du sécheur, de l'ordre de 0,3 bars, augmente
l'énergie nécessaire au compresseur d'air de l'ordre de 3Wh/Nm3 d'air.
Sur de grosses installations on peut récupérer une partie importante de l'énergie du
groupe frigorifique (jusqu'à 80%), pour chauffer des locaux par exemple.
2.2. Séchage par absorption
L'air comprimé passe au travers d'un lit de produit desséchant qui retient la vapeur
d'eau par interaction moléculaire.
Le dessicant est généralement de l'alumine activée ou du tamis moléculaire. Il se
sature progressivement en eau et doit être régénéré périodiquement. Deux lits de
dessicant sont généralement disposés en parallèle, l'un étant en régénération pendant
que l'autre effectue le séchage.
Ils permettent d'atteindre des points de rosée sous pression de -40°C.
La régénération est généralement faite par un courant d'air chauffé électriquement
ou par l'énergie dissipée par le compresseur.
La régénération peut aussi être faite par de l'air sec détendu. Dans ce cas il faut
compter 10 à 15% de l'air séché pour régénérer le dessicant.
Il est important que l'air entrant dans ce type de sécheur soit le plus froid possible
afin de limiter au maximum la quantité d'eau contenue.
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
31
Dessiccateur
Symbolisation dessiccateur
Eau de
condensation
Vidange de l’eau
de condensation
Entrée de
l’air
humide
Pour des points de rosée sous pression de -20°C et -40°C, les teneurs en eau de
l'air seront:
g eau/Nm3
Pression
4 bars
7 bars
13 bars
-20°C
0,2
0,12
0,07
-40°C
0,03
0,017
0,01
La régénération consomme de 7 à 8 Wh/Nm3 d'air pour un séchage à -20°C de
point de rosée.
La perte de charge au travers du lit, de l'ordre de 0,7 bars, augmente l'énergie
nécessaire au compresseur de l'ordre de 6Wh/Nm3 d'air.
La chaleur dissipée par le compresseur d'air peut être utilisée pour la régénération.
Dessicants usuels
Gel de silice: masse volumique: 660kg/m3
Température de régénération:150 a 220°C
Capacité d'absorption: 120g d'eau/kg
Point de rosée: -40°C
Alumine activée:
Masse volumique: 850kg/m3
Température de régénération:> 180°C
Capacité d'absorption: 80g d'eau/kg
Point de rosée: -50°C
Chlorure de calcium sur charbon:
Masse volumique: 360kg/m3
Température de régénération: 120 a 150°C
Capacité d'absorption: 250g d'eau/kg
Point de rosée: -30°C
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
32
2.3. Séchage par adsorption
Air humide
Filtre préliminaire (filtre à huile )
Robinet d’arrêt ( ouvert )
Robinet d’arrêt ( fermé )
Elément
adsorbeur 2
Élément
chauffant
Air chaud
Ventilateur
Robinet d’arrêt ( ouvert )
Robinet d’arrêt ( fermé )
Air traité
Le dessiccateur est dans ce cas un matériau spongieux qui, lorsque il est traversé
par un courant d’air comprimé, recueille dans ces pores le liquide qui se trouve dans
l’air.
L’élément adsorbant est régénéré en faisant passer de l’air chaud qui absorbe
l’humidité.
On utilise le plus souvent un système comportant 2 sécheurs montés en parallèle,
l’un assurant l’extraction de l’humidité pendant que l’autre est soumis à une
régénération
3. Qualité de l’air
ISO 8573-1
Classe
Solide
Eau
huile
Tailles concentration
des
maximum
particules
mg/m3
µm
Points de rosée
concentration
mg/m3
1
0.1
0.1
– 70
0.01
2
1
1
– 40
0.1
3
5
5
– 20
1
4
15
8
+3
5
5
40
10
+7
25
6
-
-
+ 10
-
7
-
-
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
Not Specified
-
33
4. Exemple de dessiccateur
A
B
C
D
E
F
G
H
I
K
L
M
N
O
P
Q
Bouchon Vis d’obturation
Filtre Elément filtrant
Filtre en métal fritté
Raccord du groupe compresseur
Indicateur d’humidité
Hygrostat
Soupape
Clapet anti-retour
Raccord de la cuve
Serpentin de refroidissement
Granulés Matières hygroscopiques
Séparateur à cyclone
Chambre de captage de l’eau
Joint d’étanchéité
Soupape de régénération
Clapet anti-retour
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
R
S
T
U
V
W
X
Pompe à jet d’air
Filtre
Membrane avec tige
Buse
Membrane (inférieure)
Orifices de purge
Silencieux
34
Traitement de
l’air
1. Traitement de l’air comprimé
La sécurité et la longévité des machines dépendent pour beaucoup du
conditionnement de l’air comprimé en entrée de chacune d’elles.
L’air contient toujours de la vapeur d’eau. Lorsqu’il est comprimé, il s’échauffe, il se
refroidit ensuite dans le réseau de distribution, ce qui entraîne la condensation sous
forme de brouillard d’une partie de la vapeur d’eau. Cette eau se mélange à l’huile
émise par le compresseur et aux poussières de rouille des tuyauteries du réseau.
Malgré les précautions prises en amont, une partie de ces impuretés liquides et
solides atteint les machines. Dans tous les cas, il y a donc lieu de filtrer l’air en entrée
de machine et de retenir les impuretés liquides.
Le compresseur de l’installation travaille entre une pression minimale (mise en marche)
et une pression maximale (arrêt).
Les figures 4 et 5 montrent les ensembles qui, en entrée de machine, assurent ce
traitement : filtrations des impuretés solides et liquides, régulation de pression et, si
besoin est, lubrification de l’air comprimé.
L’unité de conditionnement d’air (UCA) présente sur chaque machine est composée
d’éléments modulaires remplissant chacun une fonction, associés entre eux pour former
un combiné adapté aux besoins de la machine.
Systématiquement, l’UCA comportera au minimum un filtre et un mano-détenteur.
Leur dimensionnement se fait uniquement en fonction du débit instantané maximal
consommé par la machine.
Ce débit va conditionner la taille de chaque module. Donc le débit de l’UCA = K ×
Σ des débits simultanés avec K = 1,5.
Par approximation, sur une machine automatisée on peut choisir une taille juste audessus de celle du plus gros distributeur.
La taille s’exprimant par le diamètre des orifices des composants (1/8, 1/4, 3/8,…).
Le deuxième point à prendre en considération, et conditionnant le choix du filtre, est
la classe de qualité exigée par la machine.
À titre indicatif, les tableaux des figures 6 et 7 définissent ces classes et le niveau
d’exigence par catégorie de machines.
Rappelons que les filtres ont un degré de filtration variant entre 40 et 5 µm pour les
standards, et compris entre 1 et 0,003 µm pour les fins.
Voir le rappel des symboles liés au traitement de l’air en figure 8.
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
35
2. Conclusion
Dans la pratique, le travail de dimensionnement relatif à une alimentation
pneumatique ne concerne que l’unité de traitement de l’air placée en amont de chaque
machine.
Et ce dimensionnement est aisé. Notons malgré tout que l’unité de traitement peut
intégrer d’autres modules liés aux fonctionnalités de la machine comme un sectionneur,
un démarreur progressif, un pressostat, un régulateur de pression, un répartiteur, etc.
Symboles
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
36
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
37
Le FRL
1. Le FRL
Le groupe FRL se compose d’un filtre, régulateur et lubrificateur.
Quand une unité FRL est mentionnée, cela signifie que une combinaison de ces
trois dispositifs sont étroitement reliés ensemble et forment une unité qui conditionnera
l'air comprimé juste avant le fournir à l'équipement pneumatique ou aux machines.
Le FRL assure de l'air propre et sèche, une pression au niveau correct et le
présence d’un brouillard d’huile pour lubrifier les parties mobiles des distributeurs et
vérins
On peut combiner ces éléments en utilisant des systèmes modulaires
Unité modulaire
composée d’une une
vanne M/A
Système équipé d’attaches rapides destinées à
remplacer facilement et rapidement l’unité FRL.
2. Le filtre
2.1. Principe général
• Sépare et rassembler les éléments contaminants
• L’entrée est équipée d’un déflecteur à aubes
générant un courant centrifuge
• Les particules ce déposent contre le bocal et
chutent au fond
• Le déflecteur inférieur empêche le retour de liquide
dans le filtre.
• L’élément filtrant emprisonne les particules
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
38
2.2. Purge manuelle
•
•
•
L'inspection visuelle quotidienne est exigée afin de
s’assurer du niveau de contaminant et l’empêcher
d’être en contact avec le filtre
Une vanne 1/4 de tour permet au contaminant d'être
éjecté sous pression
L'embout fileté permet un raccordement par tube pour
vidanger dans un récipient approprié
2.3. Cartouche en métal
•
•
Utilisé pour des T° >50°C,
des pressions >10bar et
présence de solvant dans le
bocal
Cuvette en métal équipée
d'une jauge de niveau
2.4. Détecteur de colmatage
• Quand un élément filtrant
commence à se colmater il y
a
une
diminution
de
l’écoulement.
• La différence de pression
entre l’entrée et la sortie agit
sur le diaphragme et soulève
la douille rouge
• La
première
indication
apparaît à 0.3 bar et couvre
entièrement le vert pour 1 bar
• L'élément filtrant doit alors
être remplacé
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
39
2.5. Purge semi-automatique
•
•
•
Quand la pression est coupée en fin de service
la
soupape
de
vidange
s'ouvrira
automatiquement
Dans la plupart des applications le cycle
normal maintiendra la cuvette dégagée
Si la cuvette a besoin de se vider sous
pression ceci peut être réalisé manuellement
en appuyant sur le connecteur.
Quand la pression
est absente le
ressort se soulève
et permet au fluide
de s’écouler, ainsi
que
l’eau
additionnelle
3
4
1
•
•
•
•
2
Quand la purge se trouve
sous pression la sortie est
fermée
L'eau
commencera
à
s'accumuler dans la cuvette
Si le niveau devient trop
élevé avant que la pression
soit coupée, on peut
vidanger sous pression
manuellement
Soulever sur le connecteur
de sortie et tenir jusqu'à ce
que la vidange soit complète
2.6. Purge automatique
• Dans le fonctionnement normal sous
pression, le flotteur se soulèvera quand
le niveau d'eau monte
• Ceci fait ouvrir la vanne et l'eau est
éjectée
• Le flotteur tombe et la vanne se ferme
• Quand la pression est arrêtée à la fin
du service ou à n'importe quelle autre
moment la soupape de vidange
s'ouvrira automatiquement
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
40
2.7. Elément filtrant
•
•
•
•
L'air entre à l'intérieur de l'élément et traverse le filtre
sur la surface externe
Formé de supports perforés d'acier inoxydable pour
une pression différentielle jusqu'à 10 bar
Médias filtrants: micro-fibre de verre de borosilicate
L’enveloppe de mousse atténue la circulation d'air à
vitesse basse pour empêcher l'entraînement d'huile
•
•
Les particules d'aérosol d'huile fusionnent
ensemble quand elles entrent en contact avec les
médias filtrants
L'huile imbibe l’enveloppe et s'écoule au fond d’où
elle s’égoutte.
2.8. Filtre à fusion d’aérosol
•
•
•
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
Les capacités d'écoulement sont inférieures aux
unités standard équivalentes par exemple 28 dm3/s
comparés à 83 dm3/s pour G1/2 à 6.3 bar
Filtre à grand secteur pour que l'écoulement d'air
se fasse à basse vitesse et pour empêcher le reentraînement d'huile
L'indicateur de durée de vie surveille la chute de
pression pour avertir quand l'élément exige le
remplacement
41
Avec indicateur de durée de vie électrique
•
•
•
Idéal pour l’information à distance
du
remplacement de l'élément filtrant
Peut être employé pour donner un
avertissement visuel et acoustique à distance
Pour des applications sensibles, peut être
employé pour arrêter automatiquement une
machine ou un processus
2.9. Filtre à huile à haut rendement
•
•
•
•
Élément de filtration de rendement élevé
Contenu restant d'huile 0.01 ppm maximum
à 21°C
Déplacement de particules vers le bas de
0.01 µm
Pour filtrer à la qualité ISO 8573-1 classe
1.7.2
2.10. Filtre à huile à très haut rendement
•
•
•
•
Cartouche de charbon actif pour la suppression
de vapeur et d'odeur d'huile
Colorant rose d'avertissement si l'huile passe en
raison de l'échec de la filtration
Contenu restant d'huile 0.003 ppm maximum à +
21°C
Qualité d'air ISO 8573-1 à la classe 1.7.1
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
42
2.11. Silencieux avec filtre à huile
•
Pour tous les échappements de systèmes
pneumatiques
Enlève des particules d'huile de graissage
transportées à l'échappement
Le grand diamètre du filtre maintient la
vitesse d'échappement faible donc un
bruit très bas
•
•
3. Régulateur de pression
• Ramène
la
pression
P1
d'approvisionnement à une pression
d'utilisation appropriée P2
• Quand la demande de débit est nulle le
clapet se ferme
• Pour maintenir la pression à P2, le clapet
s’ouvre suffisamment pour satisfaire le débit à la
pression P2
• P2 peut être placé sur un manomètre
adaptable
4
2
6
80
40
120
lbf/in2
bar
P1
8
10
P2
3.1. Fonctionnement
4
4
6
40
2
80
120
8
lbf/in2
bar
P1
4
2
P1
80
120
lbf/in2
bar
P1
P2
8
4
8
10
P2
6
40
80
120
lbf/in2
bar
10
P2
6
40
2
2
6
40
80
120
lbf/in2
bar
10
P1
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
• Pour augmenter la pression P2,
tirer le bouton de réglage
• Tourner dans le sens des aiguilles
d'une montre jusqu'à ce que la
nouvelle pression P2 soit atteinte
• La poussée plus élevée de l’action
du ressort ouvre le clapet
• La pression P2 agit sous le
diaphragme pour équilibrer le ressort et
pour permettre au clapet de remonter
pour fermer lorsque la pression est
atteinte
8
10
• En fonction des demandes de
débit, le clapet s’ouvre afin de suivre
la demande d'écoulement comme les
augmentations de débit
• Ainsi la pression sous le
diaphragme diminue pour ouvrir le
clapet plus ou moins pour maintenir
P2
43
l'écoulement près de la pression d'ensemble
4
2
6
40
80
120
lbf/in2
bar
P1
8
• Une fois que le réglage est effectué abaisser
le bouton de réglage pour empêcher les
changements négligents
10
P2
3.2. Filtre régulateur
• Filtre et régulateur sont conçus en unité compacte
• De l'air est d'abord filtré puis dirigé vers le côté primaire du
régulateur
• De la pression est alors réduite à une valeur de
fonctionnement
• Seulement une unité à installer
• Économie de coût une fois comparé à deux unités séparées
3.3. Régulateur de pression de transfert
• Pour des applications
où la régulation se fait sur
un seul mouvement
• Le régulateur de pression comporte un
clapet anti-retour incorporé pour permettre le
réglage que dans un sens
4
2
14
12
5
1 3
3.4. Régulateurs de pression compacts
• Permet l’approvisionnement de plusieurs
pressions différentes
• Le raccordement de l'approvisionnement P1
peut être :
• des deux directions (recommandées
pour de grands ensembles)
• par l'approvisionnement de l'une ou
l'autre direction
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
P1
P1
P1
P1
P1
P1
44
3.5. Régulateurs de pression
pilotes
• Les gros régulateurs de pression
produisent des forces élevées,
peu
convenables
pour
l'opération manuelle directe
• Souvent monté dans des sites
éloignés difficiles à atteindre
• Un régulateur de pilotage est
facile à utiliser et envoie un
signal pour ajuster le régulateur
pilote à distance
P1
P2
P1
P2
3.6. Micros régulateurs de pression
• Commande manuelle ou version pilotée
• Aucune action de la pression à la commande,
ajustement facile du bout du doigt
3.7. Régulateurs de pression de précision
• Pour le réglage et la maintient de précision de
la pression
• Approprié aux processus, et à l'instrumentation
• Le choix de la gamme de pression s'étend par
exemple 0.02 - 0.5 bar, 0.06 - 4 bar, 0.16 - 7 bar
etc...
• Manoeuvre manuelle, mécanique et pilote
3.8. Régulateurs de pression à commande
électrique
• Régulateur de pression commandé électroniquement
• Signaux de commande 4-20mA, 0-5V et 0-10V
• Valve de régulation de précision
• Plage réglable de 0-8bar à 0-4bar
• Protection IP65
• Écoulement maximum à 4bar 600l/min
• Alimentation nominale de 24V à 100mA
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
45
4. Soupape de sûreté
• La force de ressort empêche la pression atmosphérique normale de soulever le
diaphragme
• Une pression excessive soulèvera le diaphragme pour ouvrir le clapet et pour
libérer l'air vers la sortie
In
Out
In
Out
4.1. Soupape de sûreté sensible
• La soupape de sécurité pilote interne fournit
une sensibilité très élevée
• Grande dépressurisation
pour un petit
changement au-dessus de la pression de
réglage
• Zone pressurisée entre le diaphragme pilote
supérieur et le diaphragme inférieur
• Installé pour une écoulement direct dans la
ligne.
5. Soupape de mise en pression
lente et de décharge
• Applique la pression doucement pour permettre aux pièces
mobiles de se déplacer doucement
• À 50% de la pression le passage totalement ouvert
• Une fois le système coupe le circuit est rapidement purgé et
isolé de l'admission
• Versions actionnées par solénoïde ou par air
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
46
5.1. Circuit équivalent
• Dans la POSITION DE REPOS les
distributeurs à commande électrique et
distributeurs différentiels bloquent
l'admission et l'air coté sortie est évacué
par la valve de décharge
OUT
IN
echappement
•
Quand le solénoïde est activé la valve
de décharge se ferme et l'air comprimé
entre dans le circuit
OUT
IN
echappement
•
À la 50% de la pression nominale le
distributeur différentiel s'ouvre pour
permettre un écoulement total
OUT
IN
echappement
6. Lubrification
6.1. Introduction
Pour un fonctionnement efficace de l'équipement pneumatique et une durée de vie
correcte des joints et des surfaces de frottement, une lubrification adéquate est
essentielle.
Il y a des équipements en matériaux qui ne nécessitent aucune lubrification
(cylindre de vérin en téflon). Il n’est pas nuisible cependant d’inclure à cet équipement
de l’air lubrifié, cela est susceptible d'avoir comme conséquence une prolongation de la
durée de vie de l'équipement
Pour de meilleurs résultats la lubrification est appliquée sans interruption à partir
groupe de lubrification pneumatique.
C'est particulièrement approprié pour des applications où il peut y avoir à grande
vitesse et le fonctionnement de haute température.
Les distributeurs, les actionneurs et les accessoires dans une application typique
peuvent fonctionner à différents taux et fréquences et exiger une lubrification à la
demande. Le lubrificateur pneumatique en ligne fournit une méthode très commode
pour satisfaire cette demande
Dans un lubrificateur, les gouttes d'huile sont pulvérisées et les particules
minuscules d'huile forment un brouillard très fin.
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
47
La quantité d'huile délivrée est automatiquement ajustée au débit d'air. La
lubrification est donc constante en densité. Pour n'importe quel système la quantité de
particules d'huile par mètre cube d'air sont identiques et ceci indépendamment du débit
6.2. Lubrificateurs
Il y a deux types principaux de graisseur
Il y a la série conventionnelle pour brouillard
d'huile (vert codé)
L'autre est système de brouillard micronisé et
plus largement répandu (rouge codé)
Les deux types sont facilement ajustables pour
régler le niveau de lubrification
6.3. Lubrificateur à brouillard d’huile
• Pour des distances courtes où humides
• Adapté pour ; lubrifier les outils pneumatiques, les
moteurs à air comprimé, les vérins etc…
• Les gouttes d'huile sont pulvérisées par le jet
principal d'air et toutes les particules sont
mélangées dans l'air
• Le goutte à goutte est réglable
•
•
•
•
6.3.1. Fonctionnement
Les gouttes sont visibles au travers de la chambre et
sont poussées par la différence de pression entre
P1 et P2
Tube-siphon avec clapet anti-retour pour empêcher
le retour d'huile quand le débit d’air est nul
Cuvette transparente en polycarbonate pour
inspecter le niveau d'huile
Cuvette alternative en métal avec regard transparent
•
•
•
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
Tourner la vis verte pour ajuster la section
d'écoulement d'huile
Observer le goutte à goutte et régler à 2
gouttes/min à 10 dm3/s. Ajuster selon des
résultats
La sonde de débit flexible, plie
progressivement à mesure que l'écoulement
augmente. Ceci commande la chute de
pression locale pour générer un goutte à goutte
d'huile proportionnel au débit d'air
48
6.3.2. Remplissage du bocal sous
pression
• Vis de dépressurisation du bocal
• Enlever le bocal (montage en simple
baïonnette), remplir et la remettre en
place
• Clapet anti-retour pour empêcher la
sortie d’air quand le bocal est enlevé
6.4. Lubrificateurs de micro-brouillard
6.4.1. Introduction
Les lubrificateurs de micro-brouillard sont le type le plus largement utilisés et
peuvent être identifiés par la commande rouge du goutte à goutte
Les gouttes d'huile passant par la chambre sont pulvérisées dans le bocal, mais
seulement un petit pourcentage des particules produites passent réellement dans le flux
d'air
Composées d’environ 10% du taux d'égouttement, les particules sont plus petites,
si fines qu’elles peuvent être comparées à de la fumée. Le taux de goutte à goutte est
10 fois supérieur aux des unités de brouillard d'huile pour la même quantité d’huile
consommée.
Le réglage du taux d'égouttement est 10 fois plus rapide trop car il y a moins de
temps d’attente entre les gouttes
L’agglomération en fluide de ces particules d'huile se produis graduellement. Ceci
leur permet d'être transportées sur des les longues distances; labyrinthe de la
canalisation, des jeux serrés et des garnitures qui font partie des systèmes
pneumatiques industriels typiques
6.4.2. Fonctionnement
1. Les gouttes d’huile sont poussées par la
différence de pression entre P1 et P3
2. Tout le passage d'égouttements par la tête de
pulvérisation. Chute de pression P3 créée par le
venturi dans la tête de pulvérisation
3. Seulement les plus petites particules d'huile de
10% les plus légères peuvent faire le tour serré
pour sortir la cuvette portée par la chute de
pression P1 : P2
P3
P1
P2
P1
6.4.3. Réglage
Régler pour un goutte à goutte
gouttes/min à 10 dm3/s
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
à 20
49
P3
P1
P2
P1
6.4.4. Remplissage
• En raison de l'écoulement élevé de
micro-brouillard dans le bocal, ne peut
pas être remplir sous pression
• Couper l’air et remplir le bocal, puis
rebrancher l’air
7. Combinaison d'unités de conditionnement
Conception
• Module de dérivation
• Distributeur de mise en pression progressive
• Manocontact
• Distributeur de mise en circuit
• Filtre-détendeur avec manomètre
• Lubrificateur standard à pulvérisation
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
50
8. Manomètre
Fonction : Indiquer la pression existante en certains points du circuit.
SYMBOLE
REPERE:
G
8.1. Fonctionnement.
La plupart des manomètres fonctionnent sur le principe du tube de Bourdon : Un
tube courbé en spirale est fermé à une de ses extrémités.
Il a tendance à se déformer sous l’effet de la pression. Cette déformation, au moyen
d’une transmission mécanique, agit sur une aiguille indiquant la valeur de la pression
Entrée de l’air comprimé
8.2. Remarque
Le manomètre se monte au moyen de tés sur les canalisations (en dérivation),
Il est souvent précédé par une vanne d’isolement qui permet sa protection lorsque
l’indication de pression n’est pas nécessaire.
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
51
Circuits
pneumatiques
Introduction
Ce module montre les méthodes d'application des distributeurs pneumatiques et des
composants pour la commande et l'automatisation
Les méthodes de commande séquentielle pneumatique pure sont confinées aux
exemples simples
La majorité des systèmes actuels sont commandées électroniquement et le sont par
l’intermédiaire de modules électropneumatiques
Pour concevoir des circuits pneumatiques :
• Employer les techniques de conception prouvées et fiables
• Produire des circuits et de la documentation clairs
• Prévoir la conception pour la sécurité des personnes et des matériels
• Ne pas essayer d'être trop complexe, il sera difficile à d'autres de
comprendre et de maintenir le circuit
1. Symboles
La norme pour la symbolisation des circuits pneumatiques est l’ISO 1219-1. C'est un
ensemble de règles de base pour la construction des symboles de puissance
pneumatique
Les composants sont symbolisés à l’état repos
Les vérins peuvent être dessinés pour montrer leurs positions de course extrêmes
Les distributeurs montrent tous les états dans un seul symbole. L'état repos est celui
avec les raccordements.
1.1. Vérins simple effet
• Simple effet, retour par ressort
•
Simple effet, sortie par ressort
•
Simple effet, retour par ressort, piston
magnétique
•
Simple effet, sortie par ressort, piston
magnétique
1.2. Vérins double effet
• Double effet, non amorti
•
Double effet, amortissement réglable
•
Double effet, double tiges amortissement réglable
•
Double effet, piston magnétique amortissement
réglable
•
Double effet, sans tige, piston magnétique
amortissement réglable
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
52
1.3. Actionneurs rotatifs
• Vérins rotatifs double effet
•
Moteur pneumatique 1 sens de rotation
•
Moteur pneumatique 2 sens de rotation
1.4. Distributeurs
• Distributeur 2/2, NF commande manuelle,
rappel par ressort
•
•
2
10
12
1
Distributeur 3/2, NO commande manuelle,
rappel par ressort
3
Distributeur 3/2,
différentielle
NF
commande
par
1
2
10
Distributeur 3/2, NF commande par levier,
action maintenue (bistable)
12
3
1
2
12
•
2
10
12
pression
3
4
•
Distributeur 5/2, commande manuelle, rappel par ressort
•
Distributeur 5/3, commande pneumatique, rappel par
ressort, centre fermé
14
10
1
2
12
5
1 3
4
2
5
1 3
La fonction d’un distributeur est indiquée par une paire de nombres par exemple
3/2. Ceci indique que le distributeur a 3 entrées principales et 2 positions
Le symbole du distributeur montre les deux positions
La numérotation est normalisée suivant les règles CETOP RP68P :
• quand le distributeur est activé en 12 l’entrée 1 est reliée à 2
• une fois à l'état repos ; 10 activé par ressort, 3 est bouché, et 2 est
relié à 1 (à l’échappement)
2
12
2
10
3
12
1
10
3
1
Exemple pour un distributeur 5/2
Il possède 5 entrées principales et 2 positions
• Quand le distributeur est activé en 14, il y a communication de 1 vers 4
et 2 vers 3
• A l'état repos, activation de 12 par le ressort
4
2
14
5
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
4
12
1 3
2
14
12
5
1 3
53
1.5. Symboles commandes manuelles
Manuelle générale
Levier
Bouton poussoir
Pédale
Bouton tirant
Pédale deux
sens
Bouton
rotatif
Bouton en tandem
1.6. Symboles commandes mécaniques
Tige
Pression
Ressort pour
rappel
Pression pilote
Galet
Pression différentielle
Galet escamotable
1 sens de detection
Commande 3 positions
1.7. Symboles distributeurs 5/3
Tous les types de distributeurs sont représentés dans la position repos
Type 1. Cylindres fermés
Type 2. Cylindres
ouverts
Type 3. Cylindres en
communication
1.8. Composants
• Clapet de anti- retour
•
Réducteur de débit unidirectionnel
•
Réducteur de débit bidirectionnel
*
•
Fonction 'ET’
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
ISO 1219-1
Old
54
•
Fonction ‘OU’, sélecteur de circuit
•
Silencieux
•
Soupape d'échappement
avec silencieux
•
Pressostat réglable
rapide
1.9. Composants traitement de l’air
• Séparateur
d'eau
avec
purge
automatique
•
• Filtre avec purge manuelle
•
• Filtre avec purge automatique
•
• Filtre avec l'indicateur de colmatage et
purge automatique
•
• Lubrificateur
•
• Régulateur de pression avec manomètre
•
• F.R.L. filtre, régulateur, lubrificateur
symbole simplifié
2. Representation des circuits
La norme pour les schémas de circuit est l’ISO 1219-2
Peut être sur plusieurs feuilles au besoin avec identification des lignes de
raccordement avec des croisements de lignes minimum.
Terminer les sorties des distributeurs par un code de référence ou symbole de
l’actionneur
Les circuits doivent être dessinés avec tous les actionneurs au dessus de la page
par ordre d'opération séquentielle. Le circuit doit montrer le système à l’état repos et
prêt pour démarrer
2.1. Identification des composants
L‘ISO suggère que le système d’identification des composants soit approprié aux
circuits principaux et à ceux dessiné sur plusieurs pages. Pour cette représentation un
code simple est employé
• Pour les vérins: A,B,C etc.
• Pour les capteurs associées aux mouvements : code alphanumérique 'a0 'pour
la détection de la rentrée, 'a1 'pour la détection de la rentrée
• Pour vérin B: b0 et b1
•
Note : le symbole du distributeur a0 est dessiné en position actionnée parce que
l’actionneur A est rentré
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
55
a0
a1
A
12
a0 3
2
10
2
10
12
a1
1
3
1
2.2. Exemple de circuit
a0
a1
b0
A
b1
c0
B
c1
C
Sequence
A+
B+
BC+
CArepetition
Run/End
a0
b1
a1
10 bar max
c1
b0
c0
6 bar
À tous les orifices d'entrée marqués
3. Utilisation du distributeur 2/2
• Une paire de distributeur 2/2 peut
être employée pour commander un
vérin simple effet
• La position normalement fermée du
distributeur est produite par le ressort
• La position actionnée est produite par
le bouton poussoir
• Un distributeur alimente le vérin
pendant que l’autre bloque l’air
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
12
2
10
1
Sortie
12
1
10
2
Rentrée
56
•
•
•
•
Le bouton marqué SORTIE est poussé pour
actionner le distributeur
De l'air alimente le vérin pour le faire sortir
L'air ne peut pas s'échapper à l'atmosphère
par le distributeur RENTREE pendant que
c'est fermé
L’air coté tige s’échappe à l’atmosphère par
l’échappement du vérin
12
2
10
1
2
Rentrée
Sortie
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Le bouton poussoir du distributeur est
relâché et revient à une position normale
fermée
De l'air est maintenant emprisonné dans le
système et s'il n'y a aucune fuite la tige de
piston restera dans la position sortie
Si la charge augmente au delà de la force
exercée par l'air, la tige de piston
commencera à se déplacer dans le
cylindre
Le bouton marqué RENTREE est poussé
pour actionner le distributeur
L'air s'échappe le piston rentre grâce à
l’action du ressort
Le bouton poussoir doit être actionné
jusqu'à ce que la tige de piston soit
entièrement rentrée
De l'air atmosphérique rentre dans le vérin
coté tige par l’échappement
Si le bouton marqué RENTREE est libéré la
tige de piston restera dans la position rentrée
Toutes les fuites dans l'installation peuvent
faire mouvoir la tige de piston
1
10
12
2
10
12
1
10
12
1
2
Rentrée
Sortie
2
10
12
12
1
1
2
Sortie
2
10
12
Rentrée
1
10
12
1
2
Rentrée
Sortie
•
•
Pour commander la vitesse de la tige de
piston, des réducteurs de débit sont placés
en sortie de chacun des distributeurs
L'ajustement des réducteurs ralentira le débit,
donnant de ce fait une vitesse indépendante
de rentrée et de sortie
2
10
12
1
Sortie
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
10
1
10
12
2
Rentrée
57
•
•
•
•
•
Par fonctionnement répété de l'un ou de l'autre bouton pendant le mouvement,
la tige de piston peut être déplacée par petites étapes pour le positionnement
approximatif
Ce sera seulement faisable sous des vitesses réduites
Avec n'importe quel système d'air
comprimé, les risques doivent être
identifiés
Le dégagement ou l'application
fortuit de la pression peut
provoquer un mouvement inattendu
de la tige de piston
Un manomètre ou une indicateur
doit être installé pour avertir de la
présence de la pression
2
10
12
1
10
12
1
2
Rentrée
Sortie
4. Distributeur 3/2
• Un distributeur 3/2 est le choix normal pour la commande d'un vérin simple effet
• En position repos, activé par le ressort, le distributeur est NF
• En position actionné, activé par le bouton poussoir le distributeur est ouvert
• Le bouton poussoir doit être maintenu tant que vérin est sorti
2
10
12
3
12
1
3
2
10
1
Pour ralentir le vérin on installe un réducteur de débit
bidirectionnel réglable ou fixe.
Le montage de ce type de réducteur de débit sera un
compromis car la vitesse idéale de sortie peut ne pas
produire les résultats désirés pour la vitesse de rentrée
2
10
12
3
2
10
12
3
1
Pour commander la vitesse de sortie d'un vérin simple effet
commander la vitesse de sortie, un réducteur unidirectionnel
(RDU) est employé
L'écoulement dans le vérin ferme le clapet de non retour et
peut seulement passer par la restriction réglable
En ajustant la restriction on varie la vitesse de sortie du
vérin
1
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
58
5. Distributeur 5/2
Pour un vérin double effet les voies de puissance et d'échappement sont
commutées simultanément
Quand le bouton est poussé l’alimentation 1 est reliée a 4 et à l'orifice de sortie 2
relié à l'échappement 3. Le vérin ne se déplace plus
Quand le bouton est libéré ,1 est relié au port 2 et 4 est relié à 5.
-
-
+
4
4
2
14
2
14
12
5
+
12
5
1 3
1 3
-
Commande indépendante de la vitesse des mouvements
Dans la plupart des applications la vitesse est
commandée en limitant l'air sortant du vérin, on crée ainsi
une contre pression
+
4
2
14
12
5
Les distributeurs avec un retour par ressort sont
monostables et ont besoin de l'opérateur pour être
maintenu afin de garder la tige du vérin sortie
Les distributeurs bistables resteront en position initiale
L'exemple du distributeur à levier illustré, indique un
mécanisme d’indexage. Le levier n'a pas besoin d'être
maintenu une fois que la nouvelle position a été établie
1 3
-
+
4
2
14
12
6. Commande manuelle
5
1
3
• Commande manuelle à distance d'un vérin double
effet
• Le distributeur marqué + activera la sortie de la tige
• Le distributeur marqué - activera la rentrée de la tige
• Le distributeur de commande 5/2 est bistable, donc une impulsion suffit sur les
boutons
+
+
- poussoir
+
4
2
10
+
3
1
2
10
12
-
3
1+
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
12
3
2
1
12
5
1 3
-
3
1+
1 3
2
10
2 12
10
12
10
2
14
12
5
1 3
4
2
14
12
5
12
4
2
14
3
1
2
12
-
3
1
59
10
-
7. Commande semi- automatique
• Commande à distance manuelle d'un
vérin double effet avec retour
automatique
• Vérin identifié "A"
• Le distributeur 3/2 a1 (capteur) a
détecté la fin de course du vérin
+
a1
A
4
2
14
12
5
1 3
2
10
12
3
+
1
3
a1
-
8. Commande
complètement
automatique
• Le cycle automatique continu
avec capteurs de fin de course
• Le vérin sera rentré en position
finale
• Noter la position repos des
distributeurs a1 et a0
2
10
12
+
1
a0
a1
A
4
14
2
12
5
1 3
2
10
12
Run/End
3
12
a0 3
1
2
10
2
10
12
a1
1
3
1
9. Commande séquentielle
9.1. Modèles de circuit
Ces circuits peuvent être considérés comme modèles de séquences pour de plus
grands circuits séquentiels se composant de deux vérins ou plus.
Chaque vérin se compose d’un distributeur de puissance et de 2 capteurs de
rétroaction. Le premier capteur est en série avec le bouton M/A
a0
A
a1
b0
b1
B
M/A
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
60
9.2. Suites de sequences
Une suite de séquences est un enchaînement
où l'ordre des mouvements dans la première moitié
de cycle est répété dans la deuxième moitié
Chaque vérin a un mouvement de sortie et de
rentrée dans le cycle
Il peut y avoir un nombre indéfini de vérin
• Le départ du cycle est commandé par le
distributeur M/A
• On a seulement besoin des blocs
fonctionnels de base pour résoudre le
problème
• Exemples de modèles: cycles carrés,
rectangles..
• A+ B+ C+ D+ A- B- C- D• B+ C- A+ B- C+
• C+ A+ B- C- A- B+
1
dcy
2
A+
a1
3
B+
b1
4
C+
c1
5
D+
d1
6
Aa0
7
Bb0
8
Cc0
9
Dd0
9.3. Application
• Les deux vérins A et B doivent exécuter un séquence simple comme suit: A+
B+ A- B• Appliquer la règle " le signal donné par l'accomplissement de chaque
mouvement lance le prochain mouvement”
• De cette façon les capteurs de position peuvent être identifiées et marquées
a0
a1
b0
A
b1
B
Run/End
b0
a1
b1
a0
9.4. Application 2
a0
a1
b0
A
b1
c0
B
c1
C
Run/End
c0
c1
a1
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
a0
b1
b0
61
•
Pour trois vérins A, B et C qui doivent exécuter une séquence comme suit: A+
B+ C+ A- B- CAppliquer la règle " le signal donné par l'accomplissement de chaque
mouvement lancer le prochain mouvement
•
9.5. Non fonctionnement du modèle
Si la règle précédente est appliquée à n'importe quelle autre séquence, il y aura les
signaux opposés sur un ou plusieurs des distributeurs 5/2 empêchant l'opération
Ce circuit démontre le problème
La séquence est A+ B+ B- A- (cycle en L)
a0
a1
b0
A
b1
B
Run/End
a0
a1
b0
b1
Signaux opposés
Quand on appuie sur le bouton M/A, le vérin A ne se déplacera pas car que le
distributeur 5/2 a un signal opposé ; le capteur de fin de course b0, est passant et
envoie un ordre de rentrée Aa0
a1
b0
A
b1
B
M/A
a0
b0
a1
b1
9.6. Méthodes et solutions
Les solutions principales sont:
• Montage en cascade (pneumatique)
• Séquenceur (pneumatique)
• Montage electro-pneumatique
• PLC (Automate programmable)
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
62
Les circuits en cascade fournissent une méthode standard pou résoudre n'importe
quel types de séquences. Ils utilisent un minimum de fonctions logiques (une fonction
logique par groupe d'étapes séquentielles)
Les circuits de registre à décalage (séquenceurs) sont identiques pour gerer e
cycle en cascade mais utilisent une fonction logique pour chaque étape
Les circuits électropneumatiques utilisent des distributeurs avec solénoïde et des
relais électromécaniques
PLC. La solution idéale pour les systèmes séquentiels complexes (excepté où
l'appareillage électrique ne peut pas être utilisé)
10. Méthode en cascade 2 groupes
Le circuit en A+ B+ B- A- est résolu par la méthode en cascade avec deux groupes
Le cycle est divisé au point où B rentre (B-)
Aux deux parties sont assignés les groupes l et ll : Gl A+ B+ / Gll B- ADeux alimentations de signal sont fournies par un distributeur 5/2 qui fourni
seulement dans le groupe l ou le groupe II quand il est disponible.
Puisque seulement un seul groupe est disponible à la fois il n'est pas possible
d‘avoir des signaux opposés
Une distributeur 5/2 actionné par pression double standard est un distributeur en
cascade
Groupe l
Groupe ll
4
2
14
12
Select l
5
1
3
Select ll
Cascade 2 groupes
a0
a1
b0
A
b1
B
b0
a1
Gl
G ll
Sequence
Gl A+ B+ Gll B- AM/A
a0
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
b1
63
10.1. Modules en cascade
Un module de deux groupes se compose d’un bouton M/A avec un distributeur 5/2
bistable.
Gl
4
G ll
2
14
12
5
1 3
Sel ll
2
10
12
3
1
Sel l
Ce module de trois groupes établit un modèle qui peut être prolongé à tout nombre
de groupes
Gl
Run/End
G ll
Sel l
Sel ll
G lll
Sel lll
11. Distributeur 5/3
Les distributeurs 5/3 ont une troisième position
La valve peut être tri-stable; commande par levier, monostable; commande par air ou
par solénoïde avec rappel par ressort
Il y a trois configurations communes pour la mi position :
• Touts les voies sont fermée (cylindres et centre fermés)
• Centre fermé et cylindres ouvert
• Cylindres en communication
La majorité des applications nécessitent un blocage de l’actionneur
4
2
14
12
5 1 3
14
4
2
12
5 1 3
14
4
2
12
5 1 3
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
64
11.1. Contrôle des distributeurs 5/3
La distributeur ci-contre est à centre et
cylindres fermés.
Toutes les fois que la mi position est
choisie, les conditions de pression dans le
cylindre sont figées
Ceci peut être employé pour arrêter le
piston sur une partie de la course pour
applications de positionnement
Les RDU sont montés près du vérin pour
réduire au minimum l’inertie
Cette version 5/3 est à centre fermé et
cylindres ouverts.
L’alimentation en 1 est coupée dans cette
position repos
Cette version est monostable, commande
pneumatique, rappel par ressort
Le vérin sera à l’atmosphère en position
repos du distributeur
Cette version 5/3 est en cylindres en
communication
Le vérin est alimenté en position repos
Peut être employé pour immobiliser un
actionneur
Cette
version
est
à
commande
électropneumatique et rappel par ressort.
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
4
2
5
1 3
14
12
14
14
4
2
5
1 3
4
2
5
1 3
12
12
65
1.
•
•
•
•
Fonction ET
Pour obtenir une action en Z, X ET Y doivent être actionnés et tenus
Si X seulement est actionné l'air sera bloqué au port 1 dans le distributeur Y
Si Y seulement est actionné il n'y aura aucune pression disponible au port 1
Si X ou Y est libéré le signal de sortie Z sera nul
Z
Z
2
10
12
3
2
10
12
Y
1
3
10
Y
3
3
1
3
1
2
12
X
X
2
12
Y
2
10
12
Z
2
10
12
10
1
X
3
1
1
Cette méthode ne doit pas être employée en tant que double commande de
sécurité. Il est trop facile d’endommager par exemple un des boutons qui pourrait être
de manière permanente actionné, et le système activé à partir de l'autre bouton
seulement .Employer pour cela une commande de sécurité appropriée.
2. Fonction OU
• Utilisation d’une fonction OU en sélecteur
• Les commandes X et Y peuvent être éloignées l'une l'autre et de la destination
de Z
• Quand X ou Y est actionné le clapet anti-retour se déplace pour empêcher le
signal Z d'être perdu par l'échappement de l'autre distributeur
Z
Z
2
10
12
Y
12
X
3
2
10
3
1
2
12
Y
1
2
12
X
Z
3
1
3
Y
1
X
3
1
2
10
12
10
2
12
3
1
Z
3. Fonction NON
• Une fonction NON inverse le signal (le résultat est simplement
une inversion du signal de d’entrée)
• Le distributeur est du type normalement ouvert
• Quand le signal X est présent il n'y a pas de sortie Z
• Quand X est absent le résultat Z est actif
X
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
2
10
12
X
1
3
Z
2
12
1
10
3
66
10
4. Fonction Mémoire
Une fonction logique MÉMOIRE permet au signal de
sortie d'être maintenu après que le signal d'entrée ait
disparu. N'importe quel distributeur bistable est une
MÉMOIRE logique. Avec ce distributeur, une fois que le
levier est en X ou en Y il ne peut être libéré et restera
dans cette position
Z
12
X
10
3
Y
1
Z
X
12
Y
• Une commande bistable peut être activée ou remise à
0 par une impulsion sur des boutons X ou Y
Z
10
12
1
2
10
12
Y
12
X
3
3
2
12
X
1
3
1
2
10
12
1
10
3
1
Y
2
10
12
10
3
10
1
Z
Z
12
3
3
3
Y
1
10
3
10
1
2
10
12
X
1
2
12
3
1
Fonction Mémoire: va et vient
Une application de la mémoire est le va et vient (latch)
Une impulsion sur X active le distributeur de pilotage pour obtenir un signal Z
Une 'impulsion sur Y coupe le signal Z
Z
1
1
Y
12
1
12
2
X
3
1
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
3
1
10
2
12
10
3
2
10
X
12
10
3
3
Y
10
2
12
12
12
1
3
Y
10
2
12
Z
Z
3
1
10
3
10
2
10
12
X
3
1
67
1
5. Circuits logiques avec 3/2
5.1. 3/2 NO / NF
Un distributeur 3/2 le passage de la pression
sur n'importe quel orifice ou combinaison d’orifices.
Un distributeur 3/2 simple peut être normalement
ouvert (NO) ou normalement fermé (NF)
Pour la position NO la pression
d'alimentation est reliée à 1
Pour la position NF la pression
d'alimentation est reliée à 3
2
10
12
3
3
1
2
10
12
3
2
12
1
2
12
3
1
10
10
1
5.2. 3/2 selection / deviation
• On alimente les orifices 1 et 3 avec différentes pressions
• Déviation d'une alimentation sur deux sorties
• Si on veut libérer l'air en aval on prend un distributeur 5/2
2
10
12
12
2
3
1
3
1
3
1
3
1
12
10
2
12
10
10
2
OU
5.3. OU/ET/NON
Un distributeur 3/2 simple effet peut être utilisé
pour n'importe laquelle de ces fonctions logiques
• X OU y donne z
• X ET y donne z
• X donne PAS z
z
12
3
x
ET
1
y
z
12
3
2
10
1
y
x
NON
2
10
z
12
3
2
10
1
x
5.4. Conversion de signal
• Convertit un signal prolongé X en impulsion z
• Le signal z doit être enlevé pour permettre au distributeur de se remettre
à zéro, alors x peut encore être appliqué
• La durée de l'impulsion peut être ajustée avec le RDU
z
2
10
12
3
1
x
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
68
6. Mise en pression progressive
Choisir un distributeur 3/2 avec
ressort de force relativement élevée.
Quand les coupleurs rapides sont
connectés la montée en pression se fait
lentement de 3 vers 2
Quand la pression est assez haute
l’écoulement sera complet
2
10
12
3
2
12
1
10
3
1
7. Pré-sélection
Le distributeur à levier peut pré
sélectionner le mouvement du vérin; sortie ou entrée
Le mouvement se produira le prochain cycle où 12 est actionné
2
10
12
3
1
3
2
10
12
3
1
3
2
10
2
3
1
3
12
1
3
OUT/IN
pre-select
3
2
1
10
1
2
10
10
12
1
2
10
12
10
2
10
12
12
OUT/IN
pre-select
2
12
12
1
OUT/IN
pre-select
3
1
8. Circuits avec distributeurs 5/2
8.1. 5/2 fonction OU
Le vérin peut être commandé de l'une ou l'autre des position a OU b
4
a
b
4
2
12
14
5
1 3
4
2
12
14
5
1 3
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
a
b
2
12
14
5
1 3
4
2
12
14
5
1 3
69
9. Commande simple impulsion
• Chaque fois que la commande au pied est activée le vérin choisira la course +
et - alternativement
• Première action de pied que le vérin sort
• Deuxième opération de pied le vérin rentre
• Troisième..... sortie et ainsi de suite
4
4
2
12
14
5
3
5
2
12
1
3
3
2
10
12
10
3
1
2
10
12
1
1
1
12
5
3
3
1
2
14
2
2
12
10
3
4
1
2
12
12
12
14
1
2
10
12
2
10
1
1
2
10
12
3
1
2
12
10
3
1
10. Montage en différentiel
La vitesse de la sortie est égale à la vitesse de rentrée, grâce à la récupération de
l’air coté tige
La force de sortie est équivalente à la pression exercée sur une surface équivalente
à celle de la tige.
4
4
2
12
14
5
1
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
2
12
14
5
1
70
10
11. Double flux
Là où un plus distributeur 5/2 n'est pas disponible
Deux voies d'écoulement séparées dans un distributeur 5/2 peuvent être
additionnées pour donner un écoulement double ou pour alimenter des dispositifs
séparés
S’assurer que la taille du tube du vérin est assez grande pour assimiler le double
écoulement
4
4
14
2
14
12
5 1
5 1
3
2
12
3
4
12. Comptage
Le comptage est généralement effectué avec
les compteurs électroniques ou programmables
Le rouge et le bleu sont des impulsions
alternatives non maintenues, le violet est la ligne de
remise à zéro
3
2
1
Application du comptage
• Le circuit de comptage est
conçu pour compter 4 courses
d'un vérin
• Au repos toutes les distributeurs
sont remis à 0 par par le
distributeur M
• Les signaux alternatifs a1 et a0
progressent vers le haut de la
chaîne
• Sur la 4ème opération a1 le
signal vert remet à zéro le
distributeur M et arrêter le vérin
a0
a1
A
M
a1
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
a0
71
13. Méthodes de commande
13.1. Temporisation
Le signal est réduit pour ralentir le taux d'accumulation de pression sur un
manocontact (distributeur 3/2 actionné par différence de pression)
Un réservoir fournit la capacité pour permettre des réglages plus fins de la
temporisation
Output
2
12
10
3 1
Signal
in
13.2. Temporisation de cycle
Le retour automatisé de la tige de vérin est temporisé et réglable grâce au RDU
-
+
a1
A
4
2
14
12
5
1 3
2
12
10
3 1
2
12
10
3
1
2
10
12
a1
3
1
-
13.3. Detection de chute de
pression
• Quand la contre-pression
coté tige du vérin tombe endessous de 0.1 bar le
signal de retour est donné
• Raccordement pris entre le
cylindre et le régulateur
d'écoulement
• Utile pour serrer des pièces
de tailles variables
a1
A
4
14
2
12
5
1 3
2
12
10
3
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
+
1
10
2
1
12
3
0.1bar
72
13.4. Commande electro-pneumatique
• La majorité des systèmes emploient la commande électrique, car rapide et
flexible
• Les capteurs sont des élements électroniques (capteurs magnétiques,
inductifs..)
a0
a1
4
2
12
A
14
5
a0
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
1 3
a1
73
Actionneurs
pneumatiques
1. Introduction
Les actionneurs pneumatiques incluent les vérins linéaires et rotatifs. Ils sont des dispositifs
fournissant la puissance et le mouvement aux systèmes automatisés, aux machines et aux
processus. Un vérin pneumatique est simple, bon marché, facile à installer et idéal pour
produire un mouvement linéaire puissant
La vitesse peut être ajustée facilement. Un vérin peut être installé ou remplacé sans
dommages.
Des conditions défavorables peuvent être facilement tolérées comme l’humidité, des
environnements secs et poussiéreux ou le nettoyage avec un jet d’eau.
Le diamètre du vérin détermine la force maximale qu'il peut générer. La longueur du vérin
détermine le mouvement linéaire maximal qu'il peut produire.
La pression maximum de travail dépend de la conception de cylindre.( jusqu'à 16 bar en
général). La poussée est contrôlable par un régulateur de pression.
2. Construction de base
1 : joint de coussin d’air
2 : aimant
3 : bague de coussin d’air 14
4 : cylindre
5 : bague de guidage
6 : joint racleur
7 : flasque avant
8 : alimentation de retour
9 : capteur
13
10 : tige de piston
11 : bague d’usure
12 : joint de piston
13 : flasque arrière
14 : vis de réglage coussin d’air
1
2
3
4
5
6
12
11
10
9
8
7
3. Conception fondamentale
Les actionneurs pneumatiques sont conçus dans une large variété de tailles, des styles et
des types :
• Simple effet avec et sans retour par ressort
• Double effet
o Amorti ou non amorti
o Amorti réglable
o Magnétique
• Sans tige
• Rotatifs
• Avec soufflets
4. Simple effet rappel par ressort
Les vérins simple effet ont un sens de travail.
o Normalement rentré
o Normalement sorti
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
74
Normalement sorti
5. Simple effet sans resort
Pesanteur ou toute autre force externe pour renvoyer la tige
6. Double effet
Double action sur le piston de l’air comprimé pour la sortie et la rentrée de la tige. Commande
de vitesse possible
Différents types :
o Non amorti
o Amorti fixe
o Amorti réglable
Les vérins non amortis conviennent pour des vitesses lentes. Pour les vitesses rapides
utilisation de coussins d’amortisseurs
6.1. Verins double effet avec amortisement
Sur les petits vérins on fixe des joints de caoutchouc servant d'amortisseurs
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
75
6.2. Double effet avec coussin d’air ajustable
La tige du piston est ralentie progressivement sur la dernière partie de sa course
6.3. Double effet magnétique
Un noyau magnétique autour de la circonférence du piston actionne les capteurs pour
indiquer des positions de course.
7. Vérins sans tige
Le mouvement produit est contenu dans la taille de l’actionneur. Par exemple, action à
travers une bande de convoyeur, ou pour le levage vertical dans les espaces à géométrie
restreinte. Le mouvement s’effectue à l’aide d’une platine extérieure. Une fente permet à la
platine d’être reliée au piston. Les bandes d’étanchéité évitent la sortie d’air du vérin.
Double action avec coussin d’air ajustable
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
76
8. Actionneurs rotatifs
Utilisés pour tourner des composants: vannes de contrôle, rotations de poignée dans les
applications robotiques
o Rotation jusqu’à 360°
Types
o Rotatifs à clapets
o Rotatifs à pignons
8.1. Rotatif à clapet
Double action, course de 270°
8.2. Rotatif à pignons
Double action à pignons
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
77
Double action à double pistons
9. Vérins à faible course
• Pour l'usage dans les espaces confinés où seulement une course courte est exigée.
• Dimensions très courtes en regard de leur alésage.
• Généralement utilisés pour le blocage d’éléments
A tige normalement rentrée
A double effet, double tige
10. Verins à soufflets
Les soufflets agissent comme un accordéon. Ils fournissent des courses courtes et
puissantes. De part sa géométrie ils peuvent se plier dans tout les sens.Peuvent être utilisés
comme des ressorts, idéal pour amortir une vibration
Attention : L’allongement et la compression maximum du soufflet doivent être limitées par les
contraintes externes. Le soufflet doit ne jamais être pressurisé quand il est non sollicité car il se
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
78
détend et la plaque d'extrémité est susceptible d'être soufflée brusquement et peut causer des
dommages sérieux.
Type à double boudin
Type à soufflets compacts
11. Force dans les vérins
11.1. Vérins utilisés pour la poussée
• La poussée théorique (outstroke) ou la traction (instroke) d'un vérin est calculée en
multipliant le secteur efficace du piston par la pression d'utilisation.
• Le secteur efficace pour la poussée est le plein secteur du cylindre "D".
• Le secteur efficace pour la traction est réduit du secteur du diamètre "d" de tige de
piston
D
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
d
79
Dans cette formule, P est en bar ( unité pratique utilisée en pneumatique et hydraulique ) 1 bar
= 1daN/cm2)
Poussée:
F
p. S daN
=
où
S = Surface en cm2
P = Pression en bar
F = en daN
La traction de la force F sera moins importante que la poussée à cause du secteur perdu
par la tige de
piston
Traction F
(D2- d 2) p
daN
4
=
Où
D = Diamètre du cylindre en cm2
d = Diamètre du piston en cm2
P = Pression en bar
F = Force en daN
Exemple ; trouver la poussée et la traction théoriques d'un cylindre d'alésage de 50 millimètres
alimenté avec de la pression à 8 bar.
Poussée F
=
=
Traction F
=
=
.8
4
157,1 daN
(5 2 - 2 2 ) . 8
4
131,9 daN
11.2. Force d’opposition du ressort
Le calcul de la poussée ou de la traction des vérins simple effet avec un ressort est plus
compliqué. La force de ressort s'opposant à la poussée ou à la traction augmentera
progressivement en fonction de la course. Celle-ci doit être soustraite pour trouver la force
théorique
Tableau des poussée et des tractions pour
vérin simple effet
Les tableaux des dimensions de vérins peuvent
être trouvés dans les catalogues constructeurs. Les
valeurs montrées ici sont pour une pression
d'utilisation de 6 bars.
Pour une autre pression en bar, multiplier la
valeur de poussée dans la table par cette pression
puis diviser par 6
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
Diamètre piston
mm
10
Force daN
pour 6 bar
Traction
minimum du
ressort N
3,7
3
12
5,9
4
16
10,5
7
20
16,5
14
25
25,8
23
32
43,8
27
40
69,9
39
50
110,2
48
63
176,0
67
80
289,2
86
100
458,3
99
80
Tableau de la poussée et des tractions vérin double effet
Les valeurs de traction sont plus basses et dues au secteur annulaire de la tige de piston
Les valeurs montrées ici sont pour une pression d'utilisation de 6 bar
Pour une autre pression dans la barre, multiplier les valeurs de poussée dans la table par
cette pression puis diviser par 6
∅ tige de
∅vérin
piston
mm
(inches)
mm (inches)
8
3
10
4
12
6
16
6
20
8
25
10
32
12
40
16
44.45 (1.75)
16
50
20
63
20
76.2 (3)
25
80
25
100
25
125
32
152.4 (6)
(1 1/2)
160
40
200
40
250
50
304.8 (12)
(2 1/4)
320
63
355.6 (14)
(2/14)
Poussée en Traction en N
N pour 6 bar pour 6 bar
30
47
67
120
188
294
482
753
931
1178
1870
2736
3015
4712
7363
10944
12063
18849
29452
43779
48254
59588
25
39
50
103
158
246
414
633
810
989
1681
2441
2721
4418
6881
10260
11309
18095
28274
42240
46384
58049
11.3. Force
En estimant les poussées relatives des vérins avec différentes tailles d'alésage, il peut être
utile de se rappeler que la poussée augmente avec la taille du diamètre. En d'autres termes si
vous doublez le diamètre, vous quadruplerez la poussée
2d
C'est 4 fois la surface de ceci
d
11.4. Poussée utilisable
En choisissant une taille de vérin et une pression de fonctionnement appropriée, une
évaluation doit être faite de la poussée réelle en sortie de tige.
Cette valeur est alors un pourcentage de la poussée théorique d'un vérin convenablement
choisi. Ce pourcentage choisi dépendra si l'application exige de la poussée statique ou
dynamique.
• La poussée statique est celle utilisée à la fin du mouvement.
• La poussée dynamique est celle réalisé pendant le mouvement pour le levage.
Il faut donc inclure les effets dynamiques dus à la charge
11.5. Applications pour serrage
Dans une application de serrage la force est développée pendant que le piston s'arrête.
C'est quand la pression sur le piston atteint un maximum. Les seules pertes de la poussée
théorique seront celles provoquées par frottement.
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
81
En règle générale, on enlève 10% pour le frottement. Ceci peut être plus pour les vérins
très petits et moins pour les très grands.
11.6. Applications dynamiques
La poussée ou la traction développée dans des applications dynamiques est divisée en
deux composantes
• Une pour déplacer la charge
• L'autre pour créer une contre-pression pour expulser l'air du côté opposé au piston
Pour un cylindre légèrement chargé, la majeure partie de la poussée est employée pour
expulser la contre-pression. En règle générale, la poussée estimée devrait se situer entre 50%
et 75% de la poussée théorique
11.7. Calcul au flambage des tiges de piston
11.7.1. Flambage
Quelques applications exigent des vérins à course très longues. S'il y a une charge axiale
compressive appliquée à la tige de piston, le soin doit être pris pour s'assurer que les
paramètres de longueur, de diamètre et de la charge de tige sont dans les limites de sûreté
pour empêcher le flambage.
La formule d’EULER a pour expression
2
F
=
EI
2
s.lK
Où
F = Charge maximale admissible ou charge critique d’EULER
E = Module de YOUG (≈ 200000 Mpa pour l’acier)
I = Moment d’inertie ou moment quadratique en flexion (I=p.d4/64) en mm4
lk = Longueur libre de flambage
s = coefficient de sécurité ( valeur usuelle; 3,5 pour les vérins)
1
•
•
•
Le lk de flambage libre équivalent de longueur utilisé
dans la formule est déterminé par l'installation.
Pour une tige mince comme ci-contre (cas 2) la
longueur lk est identique que la longueur l.
Pour une tige mince avec une extrémité libre et
l'autre fixée ( encastrement) ( cas 1) = lK 2l
l
l
3
1
lK = l
1
2
l K = 2l
l
2
l
3
l
4
l
5
Valeurs de LK en fonction des montages
• Vérins 4-5-6 cas 1 LK= 2l
• Vérin 7
cas 2 LK= l
• Vérins 1-2-3 cas 3 LK= l/√2
• Vérin 8
cas 4 LK= l/2
l
6
l
7
l
8
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
82
11.7.2. Charge et flambage
Les vérins pneumatiques standard ne sont pas conçus pour supporter des charges
latérales importantes. Dans la mesure du possible, elles sont à éviter considération
II est recommandé dans ce cas d'utiliser des unités de guidages ou des modules de
translation
Quand la longueur de course est importante, il faut prendre en considération le flambage
de la tige du piston.
Le tableau ci-après donne les valeurs de courses maxima permises suivant l'application.
12. Contrôle de la vitesse
La vitesse normale maximum d'un vérin est
déterminée par :
• Le diamètre du piston
• Le débit
• longueur des tuyaux,
• La charge contre laquelle le vérin fonctionne.
Il est possible d’augmenter ou de réduire la vitesse de
déplacement de la tige. Normalement une plus petite
section réduit la vitesse du vérin. Une plus grande section
pourrait augmenter la vitesse du vérin. Un facteur limiteur
sera le diamètre de passage dans le distributeur
Restriction
Pas de restriction
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
83
Une fois que un distributeur, un vérin, une pression et
une charge sont choisis, un contrôle réglable de la vitesse
est effectué avec des réducteurs de débit.
La vitesse est réglée en réglant le débit d’air sortant du
vérin
On utilise un réducteur de débit pour contrôler la vitesse
de sortie et la vitesse de rentrée.
12.1. Graphe pression / vitesse
Comportement de la pression et de la vitesse pendant la course d'un vérin amorti typique
équipé de réducteurs de débit.
Différentiel pour maintenir la vitesse contre la
charge et le frottement
10
bar
8
1.0
V
m/s
0.8
P1
charge
6
0.6
P2
4
0.4
Velocity
2
0
0
0.2
0
Début du mouvement Time
Ouverture du distributeur
Fin du mouvement
P1 pression conduisant le piston en avant
P2 contre-pression du côté tige
12.2. Réducteur de débit
• RDU: Réducteur de débit unidirectionnel
Passage libre dans une direction
Débit réglable dans l’autre direction
12.3. Réducteur de debit BANJO
• Conçu pour s'adapter directement sur les orifices des vérins, en vissant l'extrémité
filetée sur le corps du vérin de cylindre.
• Choisir le type pour donner la restriction voulue et l’endroit pour entrer librement.
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
84
12.4. Vitesse croissante
Pour certaines applications la vitesse de
déplacement de tige peut être augmentée de 50%
à l'aide d'une soupape d'échappement rapide. En
fonctionnement l’air s’échappe directement par la
soupape d’échappement rapide. (pas de contrepression) . Les constructions avec amortissements
sont moins efficaces.
13. Soupape d’echappement rapide
Circulations d'air de la soupape de commande au vérin contre un joint en forme de cuvette.
Quand la soupape de commande est activée la pression en retour permet au joint de se
déplacer. L'air du vérin s’échappe rapidement par le grand trou des silencieux d'échappement.
2
2
1
2
1
1
14. Blocage des vérins
Dans les systèmes automatisés, il arrive pour des raisons propres au fonctionnement, que
le vérin doive être arrêté dans sa course (exemple : trois positions différentes sur une même
course ou arrêt d’urgence).
Principe
Le blocage en position du vérin s’obtient en interposant entre le distributeur et le vérin (sur
l’admission ou sur l’échappement), un distributeur 2/2 NF appelé «bloqueur ».
La particularité de ce composant réside dans le fait qu’il se fixe sur le vérin en lieu et place
du raccord fileté.
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
85
Technique de blocage des vérins
Commande
de blocage
Commande
de blocage
5
2
4
2
4
5
3
3
1
1
Les bloqueurs 2/2
Ce genre de composant peut être considéré comme un distributeur 2/2. Toutefois, à la
différence d’un distributeur 2/2, il se fixe sur le vérin à la place du raccord fileté.
Blocage par distributeur 2/2
Dans ce cas on utilise deux distributeurs 2/2. Il est préférable de les placer au plus près du
vérin. Le blocage est efficace uniquement dans ce cas.
En pratique cette solution n’est pas souvent utilisée car l’implantation des distributeurs
n’est pas toujours évidente.
Signal
d’autorisation
de sortie
Membrane de
pilotage
Vers
distributeur
Clapet de
blocage
Vérin
15. Temps de réponse
•
•
temps probable d'un cycle.
o temps de réponse global du distributeur
et du vérin.
Tableau des temps de guide pour des vérins
doubles effets.
o Course de 150 millimetres.
o un cycle sortie - entrée
o Distributeur 5/2 rappel par ressort.
o 6 bar de pression.
o 1m de tuyauterie entre distributeur et
vérin
o aucune charge sur la tige de piston
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
Alésage
diam
ports
Cv
20
1/8
0.3
225
50
1/8
0.4
700
63
1/4
1.0
525
100
1/4
1.0
1100
160
½
3.5
950
200
½
3.5
1560
200
1
7.8
650
320
1
7.8
1280
Temps
m secs
86
16. Consommation d'air
Il y a deux parties à la consommation d'air d'un vérin.
o Il y a le volume déplacé par le piston multiplié par la pression d'utilisation absolue.
o Il y a le volume supplémentaire tel que des cavités dans le couvercle d'embout et
le piston, les orifices d’alimentation, tuyauterie et cavités du distributeur, tout
multipliées par la pression indiquée.
La partie supplémentaire est susceptible d'être un petit pourcentage et changera avec
différentes installations. Une allocation générale environ de 5% peut être additionnée pour
couvrir celle-ci
Pour un vérin double effet le volume d'air libre déplacé par le piston en un cycle complet
est:
où
-6
2
o
Course de sortie
V=
D . S . (Ps + Pa) . 10
4
o
Course de rentree
V=
(D2-d 2) . S . (Ps + Pa) . 10
4
•
•
•
•
•
•
D = diamètre du cylindre mm
d = diamètre de la tige mm
V = volume en dm3 air
S = course mm
Ps = pression de service bar
Pa = pression atmosphérique (environ 1 bar)
-6
Pour estimer la consommation moyenne totale d'air d'un système pneumatique effectuer un
calcul pour chaque vérin du système. Ajouter ces derniers ensemble et additionner 5%.
Tableau de calcul
Tube Tige
mm mm
10
12
16
20
25
32
40
50
63
80
100
125
160
200
250
•
4
6
6
8
10
12
16
20
20
25
25
32
40
40
50
Consommation
tige sortante
en dm3/mm à
6bar
Consommation
tige renrante
en dm3/mm à
6bar
Consommation
combinée en
dm3/mm par
cycle
0.00054
0.00079
0.00141
0.00220
0.00344
0.00563
0.00880
0.01374
0.02182
0.03519
0.05498
0.0859
0.14074
0.21991
0.34361
0.00046
0.00065
0.00121
0.00185
0.00289
0.00484
0.00739
0.01155
0.01962
0.03175
0.05154
0.08027
0.13195
0.21112
0.32987
0.00100
0.00144
0.00262
0.00405
0.00633
0.01047
0.01619
0.02529
0.04144
0.06694
0.10652
0.16617
0.27269
0.43103
0.67348
Prendre chaque figure et se multiplier par la course en millimètre.
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
87
17. Etanchéité
Identification des joints dans un vérin amorti réglable double effet
1
2
3
4
5
6
1 Joint de vis de réglage coussin d’air
2 Joint de coussin d’air
3 Anneau de guidage
4 Joint de piston
5 Joint de cylindre
6 Joint racleur
17.1. Joints de piston toriques
Un joint torique est ajusté avec jeu dans la cannelure, avec le diamètre extérieur juste en
contact avec le cylindre.
Quand la pression est appliquée le joint torique est
plaqué et vient sceller le dégagement entre le diamètre
extérieur du piston et le cylindre.
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
17.2. Joints de piston
Utilisé sur les vérins de moyens et grands alésage.
Joint dans une direction seulement.
Un pour l'action simple
Deux pour la double action
La pression active le plaquage du joint contre le cylindre
Etancheité élevée
17.2.1. Joints Z
Utilisé pour des joints de piston sur de petits diamètres
d'alésage
Joints dans les deux directions
Prends moins d'espace
la forme Z agit en tant que ressort radial léger
fournissant l’effort radial et l’étanchéité.
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
88
17.3. Joints toriques de cylindre
Ce sont les joints statiques et sont monté avec
ajustement serré dans leurs logement ou épaulement
17.4. Joints de coussin d’air
Ces joints exécutent un double rôle; de joint et de clapet anti-retour.
Circulations d'air librement autour du diamètre extérieur et des cannelures quand le piston
sort
17.5. Joints racleur
Le joint d'une seule pièce a un double rôle de
joint d’étanchéité et de joint de nettoyage.
Le corps externe du joint est monté en force dans
le logement du flasque. L'action de nettoyage
enlève les particules abrasives qui peuvent se
déposer sur la tige quand elle rentre. Joint spécial
pour les environnements agressifs
18. Soufflet de tige de piston
Alternative aux joints racleurs spéciaux, également désignés sous le nom des manchettes.
Indique en tant qu'équipement spécifique, le vérin exigeant une tige de piston légèrement
plus longue que standard.
Solution idéale où en rentrant la tige de piston est susceptible d'être rayée ou rodée par les
dépôts ou poussières.
18.1.
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
89
19. Temperatures de fonctionnement extremes
Des joints standard sont généralement recommandés pour le fonctionnement continu dans
la gamme +0°C à + 80°C.
Les températures plus élevées ramolliront les joints de sorte qu‘ils portent moins
efficacement et produisent moins de frottement. De plus basses températures durciront les
joints les rendant fragiles et augmentant leur probabilité de fissuration
Pour les applications à hautes températures avec un fonctionnement continu ou une
ambiance jusqu'à 150°C, des vérins équipés de joints en "Viton" doivent être indiqués.
20. Anneau de guidage
• Un anneau de guidage à coupure biaisée est
•
•
•
posée autour du piston.
Il est fait à partir d'une matière plastique dure.
En cas d'une charge latérale élevée, joue le
rôle de bague et empêche la déformation
excessive des joints.
Protège le cylindre contre le marquage du
piston.
21. Coussin d’air
21.1. Conception du coussin d’air
Amortir , c’est protéger un vérin chargé en absorbant l'énergie à l'extrémité de la course.
Ceci a comme conséquence une décélération progressive. Le contact entre le piston et le
flaque latéral est adoucit.
L’amortissement fixe avec les garnitures absorbantes de choc est appliqué aux petits vérins
légers qui ont une faible masse ( piston, tige et charge.)
Les gros vérins ont des coussins pneumatiques réglables qui fonctionnent sur les 2
centimètres finaux de la course
21.2. Conception garniture fixe
Les garnitures absorbants les chocs sont placé dans les flasques latéraux et amortissent
l'impact du piston
21.3. Coussin d’air réglable
Le piston se déplace vers la gauche à la vitesse nominale.
L'air sort par le centre du joint. Le joint de coussin d’air est poussé vers la gauche et se
plaque contre sa joue gauche sur l’épaulement du flasque empêchant la sortie d’air.
L'air peut seulement s'échapper par la vis pointeau. La pression s’accumule et amortit le
piston.
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
90
Gammes
22. Amortisseurs
•
•
•
•
Pour la décélération douce avec masses et vitesses élevées.
Vérin utilisé en amortisseur
Il existe des amortisseurs non réglables
Réglables dans deux tailles
0.9 à 10 Kg
2.3 à 25 Kg
9 à 136 Kg
105 à 1130 Kg
Réglables
5 à 450 Kg
10 à 810 Kg
22.1. Amortisseurs non réglables
Le principe de fonctionnement est basé sur la restriction
progressive de l’écoulement.
Le piston est enfoncé facilement au début, l’huile est
évacuée par un grand nombre d'orifices régulateurs calibrés.
Plus la course progresse moins d'orifices régulateurs sont
disponibles et permettent de ralentir et d’immobiliser la tige
22.2. Amortisseurs réglables
Accumulateur interne formé de mousse d'élastomère jouant le rôle de réservoir pour le
liquide déplacé.
Les tailles des orifices peuvent être réglées en actionnant un anneau d'ajustement. Ceci
permet à la décélération d'être réalisée précisément sur un éventail de caractéristiques en
fonction de la masse et de la vitesse.
22.3. Calcul
Calculer la masse équivalente en utilisant cette formule
me =
2W3
v2
où
o
o
o
o
o
o
o
o
W3 = énergie totale W1 + W2 (J)
me = masse équivalente (kg)
W1 = énergie cinétique = ½m.v2 (J)
W2 = énergie de vitesse = F.d (J)
m = masse (Kg)
v = vitesse (m/s)
F = force propre (N)
d = course d'amortissement (m)
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
91
Exemple
• La masse de 10 kilogrammes, force 100 N, entrera en contact avec l'amortisseur avec
une vitesse de 1 m/s. La course de la charge est 0.025m.
• W1 = (10 × 12)/2 = 5 J
• W2 = 100 × 0.025 = 2.5 J
• W3 = 5 + 2.5 = 7,5 J
• me = 2 × 7.5 ÷ 12 = 15 kg
s = 0.025 m
F=100N
v = 1 m/s
23. Normes
Les normes ISO 6431 et ISO 6432 normalisent les dimensions d'installation des vérins
pneumatiques ainsi que leurs supports qui y sont adaptés. Les supports d'un fabricant peuvent
ne pas pouvoir équiper les vérins des autres.
La norme VDMA 24562 est une amélioration de la norme ci-dessus en définissant des
dimensions supplémentaires, en particulier sur les tiges de renfort et sur l'attachement des
supports de vérins.
L’ISO 6009 se réfère aux codes des dimensions utilisés sur les fiches techniques des
fabricants Il y a des éléments additionnels au delà de la portée de cette norme.
23.1. Dimensions non normalisées
Il y a beaucoup de gammes de conception de vérins non liées par les restrictions
dimensionnelles d'une norme.
Ces vérins incorporent des innovations dans la technique de fabrication pour fournir des
conceptions rationnelles et compactes ayant pour résultat de plus petites tailles globales.
24. Types de construction
Les facteurs influant le type de construction d'un vérin sont
• Taille,service, coût, modèle, normes et compatibilité des matériaux
Types: Scellé pour la durée de vie
• À prix réduit, service léger, vérins petits à moyens diamètre d'alésage. Le
piston est pre-graissé pendant la durée de vie de l'assemblage et peut être
actionné avec de l'air non lubrifié ou lubrifié.
• Types : cylindres micro, corps ronde, petit diamètres
Types démontables
• Il est économique que l'utilisateur prolonge leur vie par le remplacement des
joints usés et des racleurs. En outre le remplacement des pièces
accidentellement endommagées peut être possible.
• Types : ISO petits diamètre, grandes tailles, ensembles d'ISO/VDMA,
24.1. Micro vérins
• Alésage très petit diamètre de 2.5 millimètres à de 6 millimètres, principalement à
action simple effet .
• Pour l'usage d’applications miniaturisées et dédiés à des tâches légères
• Avec une gamme de pression de 2,5 à 7 bars.
• Scellé à vie
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
92
24.2. Vérins à corps ronds
• À prix réduit, service léger, vérins petits à moyens diamètres dans la gamme de 8mm à
63mm.
• Les vérins sont scellés à la vie en sertissant les extrémités de cylindre et les flasques
• Utilisés dans la gamme de pression de 1 à 10 bar
•
•
•
•
24.3. Vérins compact 12 - 40 mm
Dimension réduite d’approximativement un tiers de la longueur de course d'une conception
comparable.
Piston magnétique standard pour contrôle de position
Vérin en simple et double effet, protégé contre la corrosion
Gamme de pression de 1 à 10 bar. Scellé à la vie.
24.4. Types démontables
Ces conceptions peuvent être démontée et montées par l'utilisateur. Il peut être
économique d'entretenir ces vérins et de prolonger leur vie en remplaçant les joints de portée
et d’étanchéité
Les types de construction sont :
• Flasques maintenus par les cylindres vissés
• Flasques maintenus par des tiges de renfort
24.4.1. ISO Petit diamètre
Cylindres dimensionnés selon dans la gamme de construction ISO d'action simple et
double de diamètre de 10 millimètres à de 25 millimètres.
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
93
Une Cylindre fileté à l'extrémité avant et arrière fournit un choix du montage par l'écrou de
bride ou par pivot dans l'oeil arrière.
Utilisé avec de l'air non lubrifié ou lubrifié dans la gamme de pression de 1 à 10 bar.
24.4.2. Vérins compacts 50 - 63 mm
• Conception démontable Flasque avant maintenu par un circlips.
• Remplacement des joints facile
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
94
24.5. Vérins ISO / VDMA
Conformément aux dimensions d‘ISO et de VDMA et avec un éventail d'options de support.
Profil léger, doubles effets avec la construction intégrale de tige de renfort dans des
versions magnétiques et non magnétiques.
Les tailles de piston s'étendent de 32mm de diamètre à 125 millimètres.
24.6. Vérins compacts
• Conception externe avec tirant de renfort double effet
• diamètre de 125 millimètres à 320 millimètres
• Version magnétique jusqu'à 200 millimètres et non magnétique dans toutes les tailles.
• Éventail de supports.
• 1 à 16 bar (jusqu'à 200 millimètres) 1 à 10 bar (alésage de 250 à 320 millimètres).
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
95
24.7. Vérins resistants
Extrêmement robuste, portée dure, construction de tige de renfort renforcée. Diamètre de
50 mm à 300mm
Tige de piston de gros diamètre et amortissement réglable.
Travail exigeant dans les mines, les carrières, les usines sidérurgiques, les fonderies et
autres applications exigeantes.
25. Fixations
•
•
Cylindre rigidement fixé à la machine ou permission de pivoter en tant qu'élément d'une
tringlerie dans une ou plusieurs directions.
Les points de fixations seront l'extrémité de tige ou de corps de vérin
Supports pour les petits diamètres
AK
B
C
F
G
UF
L
NUT
Supports pour les vérins avec tirant de renfort
A
AK
B
F
G
L
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
C
M
D
R
D2
S
96
SS
SW
US
NUT
UF
UH
UL
UR
Supports rigides
A Prolongation des
tirants de renforts
G Bride avant
B Bride arrière
D Chape Arrière
C Pied
H Tourillon
central
R Oeil arrière
26.
27.
F Chape de tige
M Articulation avant
L articulation arrière
UF rotule de tige
UR rotule arrière
28. Installation
Un vérin doit être installé de sorte que des charges latérales sur les guidages de tige et de
piston soient réduites à un minimum ou éliminées.
Une charge radiale est un composante de force agissant perpendiculairement à l'axe du de
la tige.
Cinq installations typiques qui produisent une charge radiale suivies de leurs solutions
possibles.
On peut rarement éliminer complètement les charges radiales, mais en utilisant la bonne
pratique en matière de technologie elles peuvent être réduites à un niveau acceptable.
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
97
Charge radiale à une direction
Éviter de fixer une charge non soutenue à la tige de piston.
Soutenir dans la mesure du possible la charge avec des guides, glissière, ou éléments
roulants
Charge latérale à deux directions
Le poids sur une tige longue peut produire un moment de flexion élevé.
Il peut être possible d'accrocher à l'extrémité de tige une glissière à rouleaux.
Charge radiale quélconque
Un défaut d'alignement du vérin et d'un guide rend le montage hyperstatique et crée un
moment de flexion dans le vérin
L'installation d'un module avec articulation et fente avant éliminera ce type de contrainte
(augmentation des degrés de liberté).
Charge radiale + moment
Une charge excentrée est une source
commune de moment de flexion agissant sur
l'extrémité d'une tige de piston.
• Installer des douilles externes pour
soulager la charge latérale sur le
guidage du vérin
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
98
Charge de direction quelconque
Sur le vérin articulé arrière horizontalement viendra s’ajouter le poids du corps du vérin
créant un moment de flexion.
• Adapter un tourillon central au centre de gravité
29. Guidage anti rotation
Pour des applications où les charges appliquées induisent un
moment de flexion, et un guidage précis est demandé
Les vérins compacts guidés incorporent des barres de guide
jumelles coulissant dans des paliers
•
•
•
Précision de guidage +/- 0,02 mm
Supporte des lourdes charges latérales
Amortissement élastique pour diminution du bruit
30. Vérin à tige non tournante
•
•
•
ISO 32 à 100 diamètre d'alésage avec la tige de piston non
tournante.
Comporte deux méplats continus sur la longueur de la tige
qui coulissent dans un logement assorti.
Pour résister aux charges de torsion légères seulement.
31. Unité de guidage par douilles à billes
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
99
Liaison avec douille à bille.
Fournir un guidage sans rotation et le plus grand appui contre des charges élevées.
Ces unités peuvent être équipées de blocs de fermeture passifs ou actifs jumeaux.
Unité de guidage
A douilles à billes avec blocs de
fermeture
A douilles lisses
•
•
•
•
Pour la mise en action de mouvements précis
roulements de glissière de haute qualité
Bonne rigidité de torsion
piston magnétique
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
100
32. Fermeture et freinage
32.1. Bloqueur de tige
• Blocage de sécurité de la tige de piston à n’importe quel endroit de la course
• Blocage de type passif.
• Aide à la mise en conformité des machines
• Action rapide et fiable
• Un vérin avec bloqueur de tige nécessite une surlongueur de tige
33. Vérins sans tige
Utilisés pour:
• Les espaces limités
• Installation simple
• Longues courses
• Grandes vitesses
• Positionnement de précision
Gamme étendue:
• Variantes dans la résistance de la structure
• Course jumelle
• Freinage actif
• Freinage passif
• Conception incurvée
• Commande électrique
• Resistance à la corrosion
33.1. Principe de fonctionnement
Une fente sur la longueur du cylindre joint le piston et le
chariot externe
La fente est étanche de la pression et la poussière grâce
au contact du joint intérieur et des bandes externes de
couverture
Les bandes sont sans interruption séparées et rescellées
par le piston
La fente est seulement non scellée dans l'espace non
pressurisé entre les joints de piston
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
101
Les bandes de cachetage sont séparées et fermées pendant que le
piston se déplace par la course
• Coussins d’air réglables
• Double entrée de raccordement à l'extrémité gauche
Exemples d‘applications
• Pour l'action à travers un processus de bande
• L'application montre un couteau de vol typique utilisé dans l'industrie de production de
papier
• Pour la précision de la coupe bien synchroniser les vitesses de déplacement
•
•
Levage dans les endroits avec espace libre limité
Action contenue dans la longueur du corps de cylindre
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
102
33.2. Caractéristiques générales
• Cylindre et guides de roulement en alliage d'aluminium extrudé
• Chariot intérieurement ou extérieurement guidé
• Chariot guidé par roulements
• Doubles chariots
• Option avec distributeur intégré
• Alésage diamètre 16 à 80mm
• Courses jusqu'à 8.5 m
• Coussin d’air réglable
• Raccords d'extrémité simples
• Option piston magnétique
• Cannelures doubles sur la longueur pour la fixation des capteurs
33.3. Variantes de guidage
Le chariot intérieurement guidé convient
aux applications pour service léger
Le chariot extérieurement guidé utilise les
surfaces de guidage sur les deux bords
d'extrusion
Pour des applications de précision, des
guides avec roulements peuvent être
employés
Le chariot libre secondaire est relié au
chariot actionné pour guider sur chacun des
quatre bords d'extrusion
Interne
Rouleaux
Externe
W
UW
Modéle résistant
• Pour les mouvements de précision
des charges lourdes
• Jusqu'à 4.5 mètres de course
• Emploi d’un profil rigide du corps
comme guide et uitilisation d’élements
roulants pour la translation
• Les d'extrémité
sont munies
d'amortisseur réglables
• Disposition pour ajouter deux paires
d'amortisseurs au chariot
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
103
33.4. Vérins freinés
Chariot fermement maintenu en position contre n'importe quelle charge fixe ou variable
Le frein passif est tenu par pression du ressort appliquée et dessous
Le frein actif est maintenu par l'application de la pression
Passive
Active
33.5. Distributeurs intégrés
Simplicité, disposition compacte et réponse rapide
Le kit d'adaptation de distributeur s'adapte directement aux flasques d'embout
Peut être équipé de distributeur 3/2 à commande électrique
33.6. Résistance à la corrosion
• Pour applications dans les environnements
hostiles
• Approprié pour l'usage dans des industries
alimentaires et pharmaceutiques
• Résistant aux jets d'eau salée
• Résistance climatique pour des applications
extérieures
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
104
33.7. Supports
• Variété de modèles de supports pour fixer le corps et la charge des vérins
• Modèle 'C pour fixation
• Modèle UV pour rigidifier la platine externe
• Modèle 'V de soutien 'pour fixer le corps de vérin à la mi course
• La chape S permet une oscillation
C
V
UV
S
33.8. Combinaisons de vérins
Fournir le mouvement dans des deux axes
A le modèle 'X 'de système de fixation en angle droit
permet aux chariots de deux vérins d'être joints
Les modèles 'X1 'et 'X2 'permettent la
combinaison des cylindres avec différentes tailles
d'alésage
33.9. Variantes
• Conception compacte donnant un plus petit volume d’occupation
• Option piston magnétique et non magnétique
• Amortisseur par coussin d’air, options réglables de coussin d’air
• Rails intégrés pour la fixation des capteurs
• Support de fixation horizontaux intégrés
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
105
33.10. Vérins sans tige incurvés
Pour des applications spéciales circulaires
comprenant la manutention de produits, la
sélection et l'endroit de dépose (automatismes
à plateaux tournants, fonctionnement en
multitâches), fermeture de portes circulaires.
• Alésages diamètres 25mm, 32mm et
40mm
• Rotation jusqu'à 180°
• Longueurs 800, 1000, 1200, 1400,
1600mm
33.11. Commande électrique
• Poussée élevée
• Positionnement précis
• Répétabilité élevée
• Vitesse réglable
• Interchangeable avec les
pneumatiques de
vérins
34. Variantes
34.1. Vérins double tiges
Caractéristiques.
Guidages de tige largement espacés donnant une construction plus rigide et une
meilleure stabilité contre les charges latérales. Le secteur efficace du piston est le même
des deux côtés. L'égalité des pressions crée un équilibre des forces à travers le piston. Une
extrémité fonctionnelle, l’autre peut activer des commutateurs de fin de course.
Montage multi position
En fixant deux vérins ou plus ensemble, entièrement sortis ou rentrés dans toutes les
combinaisons possibles, la charge jointe peut être déplacée à un certain nombre de positions
fiables fixes
1234
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
106
34.2. Vérins tandems
Double la traction et la poussée pour un alésage donné.
Il convient comme alternative à un plus gros vérin en ∅ quand il y a l'espace disponible
pour la longueur mais quand la largeur et la taille sont restreintes.
S’assurer que la poussée maximum soit dans les limites pour le calcul au flambage de la
de tige
34.3. Vérins duplex
Les tiges de piston ne sont pas jointes et la course du vérin arrière est plus courte
L’action maximum est réalisée et maintenue dans toute la course du vérin le plus court
La position intermédiaire peut être obtenu par le vérin le plus court seulement.
35. Vérin integral
•
•
•
Vérin intégrant le distributeur et le capteur de
position
Distributeur 5/2 ou 5/3
Régulateur de débit integré
Une configuration classique
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
107
36. Extrémités
Pour s'adapter à un dispositif ou à un mécanisme qui a
une géométrie non adaptée à une extrémité de tige standard.
Les arrangements typiques incluent les formes spéciales
de filet, les longueurs spéciales de filetage et les filetages
internes
37. Actionneurs particuliers
1
2
3
Pour des applications spéciales il y a des types et des
gammes de vérins particulièrement conçus pour satisfaire ces
besoins.
• Vérins à course jumelle
• Vérins proportionnels
• vérins d'impact
37.1. Vérins à course jumelle
Pour satisfaire des applications où une longue trajectoire ou un double mouvement est
exigé. Les vérins de course jumelle ont deux chariots qui se déplacent dans des directions
opposées. Le chariot actionné est relié par une courroie au chariot libre.
•
•
•
Fixer le chariot primaire dans une position de montage externe
Le chariot secondaire avancera par deux fois la course nominale
En outre une version avec les raccordements d’air gauches dans le chariot pour éviter de
traîner les fils d’alimentation d’air
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
108
38. Positionnement et vérins proportionnels
Un vérin proportionnel est commandé d'une servovalve et peut se déplacer à n'importe
quelle position de course.
Cette position est maintenue même dans des conditions de charge changeantes.
La servovalve reçoit un signal de commande analogique dans une gamme 0,2 à 2 bar (4 à
20mA en électronique) ce qui détermine le pourcentage de la course de tige de piston
proportionnellement au signal.
Si la charge appliquée à la tige de piston change, la servovalve changera les conditions de
pression dans le vérin pour s'assurer que la position est maintenue.
38.1. Positionneurs et vérins proportionnels
• Application en boucle ouverte
• Signal de commande dérivé indépendamment
2
1
60
40
80
20
4
3
% OPEN
0
100
1. Positionneur Intégré
2. Vanne papillon
3. Régulateur de pression de précision
4. Indicateur de pression calibré pour montrer l'angle de l'ouverture
•
•
•
•
•
Processus fonctionnant en boucle fermée appliqué à un échangeur thermique
La vanne 2 fournit l'eau de refroidissement entrant en 6 à un échangeur 5.
Le gaz chaud entrant en 7 est refroidi et mesuré en 4
Le signal est traité en 3 et transmis pour ajuster la position du vérin proportionnel 1
Comme la température en 4 subit des changements que le vérin s'ajuste pour la
corriger
6
1
2
5
7
4
38.2. Positionneurs
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
3
intégrés
109
Servovalve et vérin intégrés. Le signal de commande croissant déplace la bobine à la
gauche et permet d’alimenter le vérin en sortie. La force croissante du ressort tire la bobine de
nouveau à la droite afin d’arrêter le piston
Chaque signal de commande a une position de piston pour équilibrer des forces
Source de
pression
Signal de commande
38.3. Servo-vérin
• Pour ∅ 63-80mm
• Course de 50 à 1000 mm
• Commande avec positionneur universel 0.2-2 bar ou 0.2-1 bar.
• La rétroaction de position est réalisée par un galet roulant sur une cale coulissante liée
à la tige de piston.
Si le signal de commande P est augmenté, la bobine de valve est enfoncée par la force
F1 pour conduire le cylindre dehors
La came de rétroaction abaisse le rouleau pour augmenter la tension au printemps F2
Quand les forces F1 et F2 sont équilibrées la bobine sera centralisée et arrêter le
cylindre. Pour chaque valeur de P il y aura une position proportionnelle S
Déplacement (S)
Load
Came et palpeur de
rétroaction
Glissement du point
d'appui
Levier de rétroaction
Servo Valve
2
F1 F2
4
1
Mise à zéro
Ressort de rétroaction
dans la tension
L1 L2
Levier d'équilibre
12
Signal de commande P
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
Point d'appui fixe
Commander le
secteur 'A 'de
diaphragme
110
39. Vérins d'impact
Solution adaptée pour les problèmes de formage, marquage, découpe.. Le piston et la tige
accélèrent très rapidement pour livrer un coup de marteau. En adaptant l'outillage approprié à la
tige de piston, le vérin d'impact peut effectuer certains types de travaux qui exigeraient
autrement de plus grandes et plus coûteuses installations de puissances.
Les tailles de ∅ s'étendent de 2" au diamètre 6" qui peut donner un impact moyen
équivalent de 250 J à 2530 J, à la pression d'utilisation de 5.5 bar.
Fonctionnement en 3 étapes:
• Le piston est tenu dans la position rentrée.
• Le réservoir au-dessus du piston est mis sous pression. Le piston est maintenu en
équilibre par une contre pression
• Libération rapide de la pression coté tige et accélération de la tige.
Graphe des energies développées
Caractéristiques typiques d'énergie cinétique du piston et de la tige en fonction de la pression et
de la course
• L'énergie maximum est développée approximativement à 75mm de la course qui doit
être le point d'impact
• l'énergie à 100% représente la valeur nominale pour le vérin d'impact choisi.
Energie
200%
150%
10 bar
(150 psig)
7 bar
(100 psig)
100%
5.5 bar (80 psig)
50%
4 bar (60 psig)
2.7 bar (40 psig)
0
0
25
50
75
100
125
150
Course mm
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
111
Installation
• Impact verticalement vers le haut ou verticalement vers le bas.
• Le châssis doit être assez rigide pour encaisser la force de recul à
l'instant du démarrage.
• Construction composée de quatre pilliers. Un plat supérieur
relativement épais pour résister aux contraintes dues à l’impact
• Attention: prévoir des dispositifs de sécurité destinés à sécuriser le
poste pour les utilisateurs ainsi que des capteurs pour avertir de la
mise sous pression du réservoir supérieur
40. Vérin oleo-pneumatique
•
•
Transformation de l’énergie pneumatique en énergie hydraulique
Adapté pour les travaux de rivetage, bouterollage
•
Course d’approche : Dès que le distributeur principal A est actionné, la tige du vérin sort
jusqu’à ce qu’elle rencontre une résistance à un endroit quelconque de la course. Cette
résistance provoque le déclenchement de la valve de séquence intégrée.
Course de travail : Le piston plongeur ferme la chambre haute pression et comprime
l’huile dans la chambre hydraulique jusqu’à 400 bars. Cette pression d’huile agit sur la tige
du vérin et entraîne la course de travail.
Course de retour : Après inversion du distributeur principal, la valve de séquence se met à
l’échappement automatiquement. Le piston tige et le piston plongeur retournent alors en
position initiale.
•
•
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
112
41. Exemples de constructions
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
113
42. Les moteurs pneumatiques
Généralités
• Equipement résistant et souple d’emploi
• Vitesse contrôlable facilement
• Couple maximal au démarrage
Couple Vitesse
• Performances en relation avec la pression d’entrée
• Relation linéaire pour vitesse/couple
• Modification simple de la puissance en agissant sur
l’alimentation en air, avec des composants
d’étranglement et de régulation
Modification de la puissance
• Suivant les modèles de moteur on peut abaisser de 50% la puissance
• Abaissement jusqu’à 10% de la vitesse et jusqu’à 20% du couple pour certains
modèles de moteurs
Puissance développée par les moteurs
• Puissance en fonction du couple te de la vitesse
• Tous les moteurs présentent une courbe de puissance caractéristique avec un pic de
puissance à environ 50% de la vitesse à vide
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
114
Utilisation des engrenages
• Vitesse de sortie inadaptée (fortes vitesses, couple insuffisant)
• L’utilisation des engrenages permet de diminuer la vitesse et d’augmenter
proportionnellement le couple
• La puissance reste la même (inclure le rendement des engrenages
Modification de la
puissance d’un
moteur
• Pour modifier la vitesse on agit sur le débit en incluant un étranglement sur l’admission,
ceci ne modifie pas le couple
• Pour agir sur le couple on modifie la valeur de la pression, cela n’a pas d’influence sur
la vitesse
Régulation de la
vitesse
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
Régulation du
couple
115
43. Les moteurs à palettes
Caractéristiques
• Moteurs compacts, avec réducteurs planétaires
• Puissance développée: de 0,1 à 1,2 kW
• Conviennent aux outils manuels ou pour les équipements industriels
•
Pour les rapports de réduction et pour des couples élevés on utilise des trains planétaires à
deux étages
Jeu de
palettes
Charges sur l’arbre
•
Les charges sur l’arbre sont limitées par le dimensionnement des composants
•
Certains constructeurs donnent des charges maxi pour une durée de vie de 10
millions de tours
•
pour 100 millions de tours, il faut diviser par deux le facteur de charge
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
116
Montage
•
Les moteurs à palette peuvent être montés dans n’importe quelle position
•
Montés sur brides ou semelles
Raccordements
•
Moteurs non réversibles
•
Moteurs réversibles
Non
réversibles
Réversibles
Moteurs a puissance élevée
•
Moteurs avec réducteurs à engrenages hélicoïdaux
•
Puissance développée: de 1,6 à 3,7 kW
•
Moteurs raccordés à des arbres par des accouplements élastiques
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
117
Description
1. Six palettes pour un couple de démarrage élevé.
2. Poussoirs pour forcer les palettes à sortir du rotor et conférer au moteur une bonne fiabilité
au démarrage.
3. Carter en fonte.
4. Roulements à longue durée de vie utile.
5. Réduction sur les orifices d’admission et de sortie
Construction
•
A engrenages hélicoïdaux; vitesses de 10 à 500 tr/min et couples jusqu’à 4000 Nm
•
Engrenages à vis sans fin ; vitesse de 45 à 450 tr/min et couples jusqu’à 650 Nm
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
118
44. Choix d’un moteur pneumatique
Point de fonctionnement
•
Pour choisir un moteur il faut d’abord définir le point de fonctionnement
•
Point caractérisé par la vitesse de fonctionnement recherchée et par le couple de
fonctionnement à cette vitesse
•
Plusieurs moteurs peuvent avoir le même point de fonctionnement
•
On choisi le moteur qui produit la puissance maximale au plus près du point de
fonctionnement, le cas échéant adapter une régulateur de pression ou réducteur de
débit
Puissance requise au point de fonctionnement:
p = 2π
π.M.N
Avec: M = couple au point de fonctionnement (Nm)
N = vitesse au point de fonctionnement (tr/min)
Exemple
Un moteur non réversible doit fonctionner à 300 tours/minute et produire un couple de 10 Nm.
Le choix de la taille correcte du moteur se fait comme suit:
Puissance demandée (Watts)
= 3,14 x 10 x 300/30 = 314
On voit, sur le tableau constructeur (ATLAS COPCO), que le moteur non réversible approprié à
cette application est le moteur LZB 33. Lorsque la taille du moteur a été sélectionnée, il suffit
d’analyser les courbes de performances de chaque version de ce moteur et de choisir celle qui
est la plus proche du point de fonctionnement. Pour l’exemple ci- dessus, le choix se portera sur
LZB 33 A007
Régulation de la pression
Ces moteurs fonctionnement parfois avec des pressions d’alimentation différentes de 6,3
bar. Dans de tels cas, les performances des moteurs doivent être recalculées pour s’assurer
que le point de fonctionnement est bien respecté. Pour calculer les performances à des
pressions d’alimentation autres que 6,3 bar, il faut multiplier les données correspondant à 6,3
bar par les facteurs de correction indiqués sur le tableau suivant.
Techniques pneumatiques E.PRESTA 11/05
119
On peut facilement calculer la pression d’admission requise pour obtenir le point de
fonctionnement recherché.
Régulation de la pression : exemple
Un moteur LZB 22 A036 (ATLAS COPCO) doit fonctionner à 1155 tours/minute et
produire1,2 Nm. Calculer la pression d’admission requise pour atteindre ce régime. Pour ce
moteur qui fonctionne à la puissance de sortie maximale, le couple est de 1,5 Nm et la vitesse
de 1650 tours/minute.
Par conséquent, M 1/M2 = 0,8 et n1/n2 = 0,7
La pression d’admission requise est de 4,2 bar
M1 = couple recherché
n1 = vitesse recherchée
M2 = couple à la puissance de sortie maximale
n2 = vitesse à la puissance de sortie maximale
Calculer les rapports M1 et n1
M2 et n2
Appliquer ces valeurs au diagramme de la figure suivante et lire la valeur de la pression au
point d’intersection.
Silencieux
•
Le bruit est pour l’essentiel provoqué par l’échappement d’air du moteur
•
le niveau acoustique augmente avec la vitesse
•
Niveau maximum lorsque le moteur travaille à vide
Différentes possibilités de réduction du bruit et leurs effets
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45. Installation d’un moteur pneumatique
Conduites d’air
Le diamètre des flexibles d’échappement doit être supérieur à celui des flexibles
d’admission. Les catalogues constructeurs donnent des recommandations de diamètre de
flexibles de 3 mètres. Entre 3 et 15 mètres, il faut choisir un diamètre de flexible d’une taille audessus entre 15 et 30 mètres, il faut choisir un flexible de deux tailles au-dessus. Il est important
de noter que la puissance de sortie du moteur se trouve réduite si ces conseils ne sont pas
suivis.
Traitement de l’air comprimé
Pour assurer un service fiable, il faut monter à l’entrée de la conduite d’air, à moins de 5
mètres du moteur, un filtre à air et un graisseur. Il est également recommandé d’incorporer
un régulateur de pression dans l’ensemble de préparation de l’air. Ce régulateur a pour fonction
de maintenir la pression de fonctionnement recherchée ; il peut également être utilisé pour
modifier la puissance de sortie du moteur pour satisfaire les conditions de l’application.
Lorsque l’on choisit un ensemble de traitement de l’air, il faut s’assurer que tous les
composants peuvent assurer un débit suffisant pour répondre aux exigences du moteur..
Graissage
Pour optimiser la durée de vie utile et les performances des moteurs pneumatiques
lubrifiés, ils doivent être graissés à raison de 50 mm3 d’huile pour chaque mètre cube (1000
litres) d’air consommé. Un graissage insuffisant se traduit par une usure accélérée des
palettes et une diminution des performances.
Exemple
Un moteur LZB 44 non réversible fonctionnant à la puissance de sortie maximale
consomme 14,5 litres d’air par seconde. En une minute, il consomme 870 litres d’air et doit
donc être lubrifié comme suit:
870 x 50 = 44 mm3/min
Si l’on devait utiliser un lubrificateur par brouillard d’huile, il faudrait le régler pour qu’il
fournisse 3 gouttes d’huile par minute. (1 goutte = 15 mm3)
Exemples d’installation
Marche non réversible
avec distributeur 3/2
Marche réversible
avec distributeur 5/3 à
centre fermé
Marche réversible
avec distributeur 5/3 à
centre ouvert
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Le sens de rotation est commandé à la main au moyen d’une distributeur 5/3 à levier.
L’unité de traitement d’air veille à ce que le moteur soit alimenté en air propre et graissé. Le
régulateur de pression intégré peut également être utilisé pour modifier la puissance de sortie
du moteur.
A = Filtre
B = Régulateur de pression
C = Lubrificateur par brouillard
d’huile
D = Silencieux
E = Vanne 5/3
F = Moteur pneumatique
G = Vanne 3/2
Caractéristiques générales des moteurs pneumatiques
Type
Moteurs volumétriques
Moteurs
dynamiques
Caractéristique
Moteur en étoile
Moteur à palettes
Moteur à engrenage
Moteur à turbine
Pression de service maxi
en bars
Puissance en Kw
Vitesse maxi en tr/mn
Consommation d’air
spécifique l/Kj
Nombre de cylindres ou
de compartiments par
rotation
Variation du couple
pendant une rotation en
% de la valeur moyenne
Étanchéité
10
8
10
8
1,5 à 30
6 000
15 à 23
1à6
30 000
20 à 50
0,1 à 18
15 000
30 à 50
0,5 à 5
120 000
10 à 60
4à6
1 à 10
10 à 25
à un étage
30 à 15
60 à 40
20 à 10
-
Segment/jeu soupape
Fente
Fente
Fente
Lubrification
Par air de travail
Par air de travail
Par air de travail
Par air de travail
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Mécanisme de moteur pneumatique
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46. Le muscle pneumatique
Le muscle pneumatique se compose d'un tuyau de contraction et de raccords appropriés.
La mise sous pression provoque la dilatation radiale et par conséquent la contraction axiale
du tuyau qui engendre une force de traction.
La force de traction est maximale en début de contraction et tend vers zéro de façon
linéaire en fonction de la course.
Le muscle pneumatique permet d'obtenir une course de travail égale à 25% de la longueur
nominale du muscle.
Variantes et fonctions :
- Muscles sur catalogue de 10, 20 et 40 mm de diamètre intérieur et de longueurs de 40 à 9000
mm
Atouts techniques :
- Rapport poids-puissance avantageux
- Dynamique élevée
- Flexible, variable précis
- Bien adapté à un environnement pollué
- Pas d'effet de broutage (uniquement friction interne)
- Pas d'usure mécanique
- Facile à transporter, le tuyau pouvant être enroulé
- Convient à une utilisation mobile
- Avantages par rapport à un vérin :
- Force nettement plus importante à diamètre égal
- Meilleure résistance aux fluides
- Poids nettement plus faible par unité de force
- Positionnement simple par variation de pression
- Absence de fuites
- Faible consommation d'air pour de nombreuses applications
- Réalisation de longueurs X très simple
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Eléments périphériques
Applications muscle pneumatique
Découpe
Emboutissage dans l’agroalimentaire
Emboutissage
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Découpe de tubes plastiques
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Actionnement de support pour scie
Découpage
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Actionnement d’aiguillage
Dosage
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47. Préhension par le vide
47.1. le vide
Les pressions indiquées dans les catalogues sont mesurées par rapport à la pression
atmosphérique (pression relative), elles s'expriment en [kg/cm2 ] ou [bar].
Dans le cas du vide, la pression est une valeur absolue exprimée en [Torr].
Echelle de vide
1 Pression relative
2 Pression absolue
3 Vide industriel et plus
haut
A Echelles linéaires
B Echelle logarithmique
4 Vide industriel
5 Vide primaire
6 Vide secondaire
7 Vide moléculaire
8 Ultra vide
9 Vide cryogénique
1 0 Haut vide
47.2. Effet venturi
L’air du tuyau d’alimentation passe par un entonnoir, celui-ci étant plus étroit au milieu,
ceci provoque une accélération au passage de l’air qui crée une dépression (aspiration)
dans la ventouse
Le venturi est dimensionné par rapport au nombre de ventouses et la taille de celle-ci
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47.3. Les ventouses
S’il y a des fuites au niveau de la zone de contact, celles-ci entraînent une perte
d’efficacité. C’est pourquoi les ventouses sont en matériau souple (néoprène, nitrile..)
47.4. Mise en œuvre des ventouses
Avec le temps elles se dégradent et deviennent moins étanches; il faut donc prévoir leur
changement
Les formes de l’objet manipulé peuvent être source de dysfonctionnement
Il faut:
- choisir des ventouses avec soufflet
- les orienter
- mieux les positionner
- les surdimensionner
- en rajouter
Le milieu peut être source de pannes:
- poussières (scieries, fonderies..), dans ce cas prévoir un filtre. On retrouve alors les
inconvénients du filtre: perte de charge et de puissance, colmatage. Rajouter dans ce cas des
ventouses, sur dimensionner et surveiller le colmatage du filtre
- l’altitude: (raréfaction de l’air) joue à hauteur de 20% sur la performance de la ventouse
- le produit à manipuler: s’il est poreux il entraîne une diminution jusqu’à 50% de la
performance. S’il est déformable mettre la position de la ventouse à la déformation extrême.
Les tuyaux de raccordement de plusieurs ventouses doivent être correctement
dimensionnés.
Le temps de réponse peut être long
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47.5. Câblage des ventouses
47.5.1. Par établissement de la pression
Solution économique en air, mais temps de réponse rallongé
47.5.2. Par coupure de la pression
Temps de réaction très faible. Sortie du venturi bruyante; mise en place d’un silencieux
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47.5.3. Montage avec 4/2
L’emploi d’un 4/2 avec alimentation commune et échappement commun comporte un clapet
anti-retour, il convient de l’enlever ou d’utiliser une distributeur indépendant
47.5.4. Montage avec vacuostat
Ce montage est nécessaire pour s’assurer que le niveau de vide est atteint, ce qui permet
de travailler en boucle fermée et en sécurité
3
2
1
3
2
Modèle tout
pneumatique
Ce montage est nécessaire pour s’assurer que le niveau de vide est atteint, ce qui permet
de travailler en boucle fermée et en sécurité
47.5.5. Montage en ambiance poussiéreuse
47.5.6. Modules pour vide
Dans le cas de ces venturis, l’alimentation en air comprimé est commandée par
l’électrodistributeur intégré. Lors de la mise sous pression, le distributeur est commuté et l’air
comprimé qui le traverse, crée un vide suivant le principe de l’éjecteur.
Le processus d’aspiration cesse lorsque la pression est coupée. Le silencieux intégré
atténue à son minimum le bruit d’échappement
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48. Évolutions des technologies
48.1. Évolution technologique des actionneurs dans le domaine de la manipulation
Tous ces composants sont nécessaires pour créer une fonction complète pour la partie
opérative d’une machine
Actionneur
Capteurs
Amortisseurs
Butées
Guidage
Plaque
L’évolution tends à rassembler ces composants en un seul, pour faciliter l’étude et la
conception, ou plutôt pour la réduire à ce qui est intéressant pour le concepteur, c’est-à-dire
le processus de la machine
Bras manipulateur type HMP
Bras manipulateur type HMPL
Capteurs
Amortisseurs
Butées
Actionneur
Guidage
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Position intermédiaire
Système de blocage
Aujourd’hui, certains composants sont même conçus de manière à répondre à une
fonction complète. Par ex. HSP = cycle en U :
Système à came
Amortisseurs
Capteurs
Actionneur
Butées
Guidage
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48.2. Évolution technologique pour les fonctions de tri
Le tri de pièce est une opération essentielle dans les processus d’assemblages. Le tri
mécanique de pièce, très répandu, est suffisant dans la plupart des cas, mais il provoque
parfois des usures non souhaitées. Le tri optique est alors une solution intéressante.
Checkbox
•
•
•
•
•
•
Bol vibrant
Tapis d’amenage des pièces
Buses de soufflage
Bonnes pièces
Mauvaises pièces
Pièces mal orientées
Les avantages sont conséquents :
Productivité : max. 100 pc/s
Orientation et contrôle dans un
même système, le tout sans contact
Qualité
:
Vérification
de
l’orientation et mesures de
différentes
caractéristiques
(résolution = 6/100 mm)
48.3. Évolution technologique générale : rapprochement entres parties opératives et
commande
La tendance actuelle est de rapprocher de plus en plus la partie automatisme ou
commande de la partie opérative.
Cette tendance est très marquée là où les lignes de production sont divisées en
cellules, ou dans le domaine du process (traitement des eaux, …)
Nœud de bus de terrain
Distributeurs pour
pilotage des
actionneurs
E/S pour capteurs, …
Unité de pré-processing
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